ер» (2006) — мы узнавали все больше особенностей строения поверхности Марса, как, например, конусы выноса и сухие русла рек, удивительно похожие на земные геологические образования, возникшие под воздействием воды.
Однако самой воды там не оказалось. Ни капли. Кроме того, поверхность Марса очень древняя: плотность ударных кратеров, наряду с радиометрической датировкой пород, осуществленной лабораторией «Кьюриосити», указывает на то, что поверхность Марса сформировалась более 3 млрд лет назад. В целом тот факт, что на фотоснимках, сделанных с орбиты Марса, можно увидеть множество форм рельефа, связанных с деятельностью воды, указывает на ее важную роль в формировании древней поверхности Марса. Однако подтверждается ли то, что мы видим на снимках, данными наземных изысканий, выполненных роботами-геологами, работающими на поверхности планеты?
Работавшие на Марсе планетоходы — «Соджорнер» (1997), «Спирит» и «Оппортьюнити» (2004) и «Кьюриосити» (2012) — занимались этим на протяжении почти 20 лет. Они представляют собой самоходные геологические платформы, созданные для исследования структуры и химического состава горных пород. Все они имели на борту постоянно совершенствовавшийся набор увеличительных стекол, дробилок, сверл (вот только молотков, к сожалению, не было) и компактные мобильные лаборатории для выполнения химических анализов прямо на месте‹‹3››.
Планетоходы позволили рассмотреть с близкого расстояния, буквально под микроскопом, поверхность Марса и исследовать ее химический состав. Единственное ограничение состояло в том, что у них не было возможности копать — «Кьюриосити» был оснащен лишь небольшим буром — и им приходилось искать интересные материалы только на поверхности. Как и орбитальные станции, марсоходы обнаружили следы воздействия воды: отчетливую волновую рябь на осадочных породах, а также два характерных для Земли образования, возникающих при отложении осадков на дне водоемов: слои глины и россыпи гранул гематита (минерала, одной из основных железных руд).
В то же время реальных доказательств того, что на Марсе когда-либо присутствовала вода в жидкой форме, не существует. Все орбитальные снимки и поверхностная геология дают довольно убедительные, хотя и косвенные признаки влажного климата на Марсе в далеком прошлом. Гипотеза о наличии жидкой воды служит связующим звеном между множеством наблюдений марсианской поверхности. Но все же надо быть осторожным, чтобы раньше времени не поверить в то, во что нам так хочется верить, и не выбирать из всех вариантов только те научные объяснения, которые нам больше всего по душе.
2001 г.: Новая космическая одиссея
Допустим, когда-то давно Марс был покрыт водой. Куда же, в таком случае, эта вода подевалась? На мой взгляд, орбитальная станция «Марс Одиссей», запущенная в 2001 г., выполнила одно из наиболее элегантных наблюдений Марса. «Одиссей» — орбитальная станция, названная в честь романа Артура Кларка «2001 год: Космическая одиссея»[7]. На ее борту не было сверхразумных компьютеров для исследования внеземных артефактов, а ее главное предназначение заключалось в составлении точной карты Марса и изучении состава его поверхности с помощью детектора нейтронов высоких энергий.
Чтобы понять, почему поверхность Марса испускает такие нейтроны, нужно несколько отступить от повествования. Космические лучи — это элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокой энергией в межгалактическом пространстве. Они образуют фоновое радиационное излучение низкого уровня, заполняющее всю Вселенную. Попадая в верхние слои атмосферы, космические лучи сталкиваются с атомами и теряют энергию до того, как достигнут поверхности Земли. Но, если атмосфера отсутствует, тогда эти лучи бомбардируют верхние несколько метров поверхности планеты или спутника. Сталкиваясь с атомами поверхностных горных пород и реголита‹‹4››, космические лучи вступают с ними в реакцию, в результате чего возникает поток вылетающих наружу нейтронов.
Атомные реакторы на Земле производят такие нейтроны постоянно. На самом деле, научившись контролировать истечение быстрых нейтронов, мы получили возможность регулировать выходную мощность ядерных реакторов. Для этой цели быстрые нейтроны в реакторе в буквальном смысле замедляются при помощи так называемых поглотителей — материалов, атомы которых способны замедлять нейтроны посредством многочисленных столкновений. Это, как правило, либо графитовые (углеродные) стрежни, опущенные в активную зону реактора, либо вода (водород), пропущенная между зоной реакции и корпусом. «Одиссей» измерял уровни энергии этого потока замедленных нейтронов. И не забудьте — то, что замедлило поток нейтронов, должно располагаться на глубине не более 2 м от поверхности планеты.
Два наиболее вероятных кандидата на роль замедлителей на Марсе — это в равной степени углерод и водород: углерод в форме углекислого газа и водород в форме воды. Углекислый газ присутствует на поверхности Марса в твердом виде — это так называемый сухой лед (твердый CO2), но он локализован в районе нетающих полярных шапок. Для остальной поверхности планеты самое лучшее (а не просто самое удобное) объяснение проведенных «Одиссеем» измерений — это наличие водорода, заключенного в молекуле воды. Выводы поражают: под 30-сантиметровым слоем марсианского грунта расположены залежи водного льда. В среднем масса воды в верхнем слое грунта (толщиной до 2 м) составляет около 14 %. Этого достаточно, чтобы покрыть поверхность Марса слоем жидкой воды толщиной 14 см. Добавьте сюда огромные резервуары воды на полюсах, и у вас получится покрывающий всю планету океан глубиной 30 м‹‹5››.
Все это звучит впечатляюще, но пока это только догадки. Одно дело — предположить наличие больших запасов подповерхностного льда на основе наблюдений из космоса, и совсем другое — держать эту воду в руках (или в руке робота). Двум «Викингам» не удалось обнаружить ничего, хотя оба аппарата оснащены механической рукой с совком, позволявшей собирать марсианский грунт для экспериментов. Но они могли только слегка поковырять поверхность, выкопав ямку глубиной от 5 до 10 см. Более того, оба аппарата совершили посадку чуть ниже 50-й марсианской широты — относительно близко к экватору — в регионе, где, как показали позднейшие наблюдения, концентрация подпочвенного льда была достаточно низкой.
Спас положение посадочный модуль HACA «Феникс», прибывший на Марс в 2008 г. Перед «Фениксом» стояла задача провести анализ химического состава марсианского грунта. Участок для посадки аппарата «Феникс», который не мог самостоятельно передвигаться по поверхности планеты, был выбран с учетом результатов, полученных экспедицией «Одиссея». Поскольку НАСА не хотело в очередной раз упустить возможность обнаружить лед под грунтом, оно наметило для посадки район на 68° к северу от экватора, рядом с ледяной полярной шапкой планеты. Именно там «Фениксу» удалось сфотографировать ярко-белый лед под слоем грунта после того, как он выкопал небольшую пробную траншею. Через несколько дней лед исчез, сублимировал в атмосферу в точности так же, как это должно было произойти с водяным льдом‹‹6››. Позднее приборы, находившиеся на борту «Феникса», определили присутствие водяного пара, поднимающегося от образца марсианского грунта при нагревании.
В дальнейшем, когда ученые уже знали, что именно надо искать, обнаружить лед стало гораздо легче. Периодические падения метеоритов обнажали яркий свежий лед, который на протяжении нескольких дней, недель или месяцев исчезал, сублимируя в атмосферу. «Марс Реконессанс Орбитер» делает снимки таких следов от падения метеоритов в среднем раз в год. Такое показательное повторение случайных событий — еще один пример того, что покадровая съемка Марса может принести нам множество неожиданных открытий.
Марс: мертвая планета
Прежде чем затронуть волнующий всех вопрос — существовала ли когда-либо на Марсе жизнь или существует до сих пор, я хочу, чтобы вы прониклись масштабом нашей задачи. Все, что ни возьми, будь то химический состав грунта или свойства и состав марсианской атмосферы, — все, что мы видим на поверхности или прямо под ней, — говорит о том, что Марс мертв, окончательно и бесповоротно.
На поверхности планеты остались несомненные геологические признаки того, что Марс пережил богатую водой молодость. Хотя сегодня воды на Марсе хватило бы на глобальный океан глубиной 30 м, орбитальные снимки древней поверхности планеты позволили ученым предположить, что на Марсе когда-то существовали океаны глубиной до 500 м‹‹7››. Параллельно с геологическими признаками, говорящими о наличии на древнем Марсе жидкой воды, пришло понимание, что когда-то температура на поверхности планеты была значительно выше благодаря наличию более плотной атмосферы: чтобы вода оставалась в жидкой форме, должны соблюдаться определенные соотношения температуры и давления. Так что же случилось? Куда подевались вся вода и атмосфера?
Мы приходим к выводу, что утрата Марсом воды и атмосферы обусловлена медленной геологической смертью планеты. Марс меньше Земли, и по законам физики чем меньше планета, тем быстрее она теряет внутреннее тепло. На Марсе найдено множество следов вулканической деятельности: древний вулкан Олимп на огромном вулканическом нагорье Фарсида можно разглядеть с Земли даже в любительский телескоп. Это самый большой вулкан во всей Солнечной системе. Вулканы позволяют заключенным в недрах планеты газам прорываться на поверхность, пополняя таким образом атмосферу. Однако наши геологические данные показывают, что извержения вулканов на Марсе, сопровождавшиеся истечением лавы и выбросами газов, прекратились более 3 млрд лет назад. Почему? Потому что недра Марса остыли и затвердели. С окончанием вулканической активности закрылся «кран», через который газы поступали в атмосферу.