Эхо воды

Об обнаружении озера сообщила итальянская группа исследователей. Учёные проанализировали данные, собранные с мая 2012 по декабрь 2015 года: всего 29 радарных изображений, на которых видна характерная область протяжённостью около 20 километров. Подобная картина на Земле наблюдается над подледниковами озёрами в Антарктиде и Гренландии, включая озеро Восток под одноимённой российской станцией в Антарктике.

Глубина, на которой находится марсианская вода, составляет около полутора километров (против трех с половиной у озера Восток). Поскольку на Марсе существенно холоднее, а слой льда тоньше, температура озера должна быть ниже температуры замерзания пресной воды — однако исследователи указывают, что при высокой концентрации солей в водоеме (что немаловероятно), жидкая форма воды может сохраняться и при такой температуре.

Область Марса, где обнаружено озеро, Planum Australe (лат. «Южная долина»), уже привлекала внимание исследователей: зимой там выпадает до метра снега из углекислого газа, а весной этот снег начинает испаряться (минуя жидкое состояние). Испарение углекислоты приводит к появлению гейзеров: струй газа, выносящих на поверхность материал из более глубоких слоёв. Спутники неоднократно фиксировали следы активности гейзеров как в Южной долине, так и в других местах планеты, но нигде не шла речь о жидкой воде: даже летом в полярных районах слишком холодно для появления воды в сколько-нибудь значимых количествах. Кроме того, давление марсианской атмосферы примерно в сто раз меньше земного, поэтому вода закипает уже при температуре от 15 градусов Цельсия и ниже.

Вопрос «могут ли сейчас на Марсе быть открытые водоемы размером хотя бы с приличную лужу?» давно закрыт: как на основе общефизических соображений, так и на основе детальной космической съёмки. Однако подземная вода — совсем иное дело, равно как и озера, существовавшие на Марсе в далеком прошлом. На снимках поверхности можно разглядеть овраги, высохшие русла и озёра; марсоходы нашли множество камней, на форму которых явно повлияла жидкая вода. Кратер Гейла, где сейчас работает марсоход Curiosity, когда-то мог быть озером: но все это было в те времена, когда на Земле только-только появилась жизнь и до появления первых многоклеточных оставалось немногим меньше трех миллиардов лет.

Из-за малой массы Марса его атмосфера постепенно улетучивается в космос — гравитационное поле не в силах удержать наиболее быстрые молекулы газа. Из-за этого на планете постепенно падало атмосферное давление, активно испарялась вода и остывала поверхность: жидкость в результате либо испарилась, либо замерзла. Водяной лед, в свою очередь, засыпало песком и пылью, так что жизни, если она и существовала на планете, пришлось переместиться вглубь.

Есть ли кто-нибудь внизу

Недавно полученные данные указывают, что уровень метана в марсианской атмосфере колеблется: его больше летом и меньше зимой. Этот газ может иметь биологическое происхождение, и поэтому колебания метана вместе с найденными Curiosity органическими молекулами в марсианском грунте — серьезный, хотя не окончательный аргумент в пользу того, что где-то в глубине планеты теплится жизнь. А если совместить это с новой информацией о подледном озере и ранее полученными данными о водяном льде под поверхностью — полусобранный паззл приобретает весьма интригующий вид.

Марсианский грунт, как показало радарное сканирование, просвечивание нейтронами (тут поработал российский прибор ДАН на борту Curiosity) и прямой анализ образцов, содержит водяной лед. Слой льда в некоторых районах достигает в толщину более километра. И один из открытых вопросов марсианской астробиологии звучит сегодня так: может ли этот лед таять? А если может, то делает ли он это сверху или снизу?

Марс, как и все планеты земной группы, греется изнутри за счет энергии радиоактивного распада, поэтому его температура растет по мере движения от поверхности к ядру. Ядро разогрето до примерно 1200° C, однако эта цифра на сегодня является чисто умозрительной. Более точную информацию получит зонд InSight, призванный пробурить первую марсианскую скважину глубиной несколько метров. Измерения идущего снизу теплового потока позволят точнее определить условия и под «крышкой» ледников — а отсюда один шаг до лучшего понимания условий, в которых пребывает подледное озеро на южном полюсе Марса: если тепла достаточно, вода может оставаться жидкой, и будучи менее насыщенной солями.

Тает ли лёд сверху — вопрос дискуссионный. Осенью 2015 года NASA объявило о заснятых Mars Reconnaissance Orbiter следах текущей воды — однако последующие наблюдения (опубликованные два года спустя) заставили отвергнуть эту гипотезу в пользу осыпающегося песка. Солнечные лучи, если исходить из общефизических соображений, могут локально нагревать грунт до отметки выше нуля градусов Цельсия даже в приполярных районах — но достаточно ли этого для появления хотя бы маленьких ручейков или луж? И может ли марсианская жизнь существовать на небольших оттаявших участках грунта? Для ответа на последний вопрос мало знания о поведении воды (или рассола) при холоде и низком атмосферном давлении — не менее важен химический состав жидкости.

Вода или отрава?

Химические анализы марсианского грунта пока что указывают на повышенное содержание перхлоратов. Эти вещества являются сильными окислителями и токсичны сами по себе, а недавние исследования британских астробиологов показали, что перхлораты в сочетании с ультрафиолетом убивают земные бактерии буквально за минуту (учёные взяли вещество в «марсианской» концентрации). Присутствиеперхлоратов в грунте является сильным аргументом против жизни на красной планете, да и высокая концентрация солей в подлёдном озере тоже плохо согласуется с чем-то живым — но только если подходить к этому вопросу с земными мерками.

Весьма вероятно, что марсианское подлёдное озеро будет непригодно даже для самых неприхотливых земных бактерий. Однако мы не знаем, какой в принципе может быть жизнь и за последние полстолетия на нашей планете были обнаружены такие уникальные экосистемы, как «оазисы» у гидротермальных источников на дне океана (а там, кстати, мог обитать первый живой организм Земли!) или то же подледное озеро Восток. Биологам известны такие организмы, как, скажем, Thermococcus gammatolerans — открытая в 2003 году бактерия мало того, что живёт практически в кипятке, так ещё и выдерживает дозы облучения в тысячу раз больше смертельной для человека. Каковы пределы устойчивости организмов даже с «традиционной» ДНК/РНК и белками — биологи доподлинно не знают.

За пределами доступного

Выяснить правду, вероятно, удастся лишь после многочисленных дополнительных исследований. Аппараты, которые должны отправиться к Марсу в ближайшем будущем не имеют возможности непосредственно раскопать мало-мальски глубокие слои грунта, а про бурение полутора километров льда не может быть и речи. Буровые установки, которые сейчас применяются в промышленной нефтедобыче, могут пройти полтора километра в твёрдых породах чуть более, чем за неделю — но это установки массой порядка тысячи тонн, что в разы больше МКС (масса около 417 тонн), самого тяжёлого космического сооружения в истории человечества. Уже в Антарктиде, куда забросить буровую непросто, бурение скважины к озеру Восток заняло больше десяти лет, без учёта перерывов на пересмотр схемы проходки скважины — причём установка неоднократно ломалась и требовала ремонта силами полярников. Поэтому в сочетании с ценой доставки грузов на Марс (один килограмм — как килограмм золота), перспективы вскрытия «марсианского Востока» отодвигаются явно не на одно десятилетие.

Анья Диц (Anja Diez), геофизик из Норвежского полярного института в Тромсе, чья статья, посвящённая проблеме подлёдных озёр на Марсе, была только что опубликована в Science, указывает, что теоретически для изучения подлёдных озёр на Марсе можно применять сейсморазведку: «Фиксируя распространение звуковых волн в воде и их отражение от границ озера мы можем получить информацию о глубине водоёма. В настоящее время планируется отправить на Марс сейсмограф, но для изучения озера потребуется использовать активное зондирование, то есть иметь не только приёмник, но и источник волн, подобно тому, как это делается на Земле», — сообщила она «Чердаку». По словам Диц, создание автономного комплекса для сейсморазведки потребует дополнительного времени, а в ближайшей перспективе скорее следует ожидать совершенствования радарных технологий. «Инструмент, работающий с излучением большей частоты, но всё ещё способный просвечивать ледник, может предоставить более детальную картину скрытого подлёдного озера», сказала она.

Как пояснил «Чердаку» старший научный сотрудник Института космических исследований РАН Антон Санин, «с учетом того, что Марс — планета с достаточно экстремальными условиями, особенно в приполярных районах, в ближайшие десятилетия не стоит ожидать создания и доставки в район южного полюса [Марса] буровой установки, способной проникнуть на глубину, где расположено найденное „озеро“. На сегодня для поиска воды под поверхностью планет имеются только методы радарного зондирования, а также различные ядерно-физические методы: рентгеновская, нейтронная и гамма-спектроскопия. Из последних методов глубже всего под поверхность позволяет „проникнуть“ метод нейтронной спектроскопии — до глубины 0,5 — 1,0 метра. Так, например, инструмент ДАН, разработанный в ИКИ РАН и работающий сейчас на борту марсохода Curiosity, позволяет изучить распределение воды вдоль трассы движения марсохода на глубину до 60 см. Поэтому только с помощью радарного зондирования можно получить информацию о воде с глубины сотен и тысяч метров».

Впрочем, то же самое актуально и в отношении других водоёмов Солнечной системы. Подо льдами Европы, спутника Юпитера, должен быть жидкий океан, но там толщина льда намного больше. Кроме того, Европа проходит через радиационные пояса планеты — смертельная для человека доза набирается на поверхности менее, чем за сутки. Энцелад, спутник Сатурна, тоже имеет жидкую воду внутри, но расположен ещё дальше, и даже с самыми совершенными на сегодня двигателями полёт к нему займёт несколько лет — «Кассини» добирался семь. Возможно, ситуация изменится с появлением новых ракет-носителей вроде BFR от SpaceX или космических буксиров вроде российского проекта с ядерным реактором и ионными двигателями — но пока астробиологам остаётся ждать и уповать на различные косвенные методы, вроде радарного сканирования и поиска биомолекул как в грунте, так и атмосфере.