Леонид Ксанфомалити - Горные потоки и бассейны на Марсе

• Название: Горные потоки и бассейны на Марсе
• Автор: Леонид Ксанфомалити
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009

Поиск воды и льда на Марсе. Современное состояние исследований в статье доктора физико-математических наук, сотрудника Института космических исследований (ИКИ РАН) Леонида КСАНФОМАЛИТИ.

.

---

В представлениях о Марсе как о «сухой, мёртвой планете» произошёл перелом. Как всегда, появление новых измерительных приборов приводит к ревизии прежних сведений. Но уместно отметить: ещё в конце 1970-х исследователи предполагали, что на Марсе должны существовать частично или полностью промёрзшие, скрытые слоем песка и пыли озёра. На одном из снимков аппарата «Марс Экспресс» видна обширная гладкая равнина (рис. 15). Метеоритные кратеры на её поверхности немногочисленны, что указывает на сравнительно недавнее появление равнины. Верхний окрашенный слой — конечно, песок и пыль, но под ними просматриваются плоские блоки протяжённостью в десятки и даже в сотню километров. Из сравнения с видом ледовых полей Антарктики был сделан предположительный вывод, что это поверхность замёрзшего моря или небольшого океана, возникших в эпоху более мягкого климата Марса. Метеоритные кратеры неглубоки и своей правильной формой отличаются от других ударных кратеров, позволяя предположить, что они образовались в толще льда.

Рис. 15. Аппарат «Марс Экспресс» в 2005 году передал изображение обширной равнины, которая могла быть ледяной поверхностью древнего океана. Плоские блоки неправильной формы, по крытые песком и пылью, выглядят так же, как льдины в антарктических океанах Земли.

Как уже отмечалось, километровые слои льда, воды и пыли образуют северную полярную шапку Марса (рис. 16). В отличие от южной, примесей льда СО2 здесь практически нет. Из-за низких температур таяния льда ожидать не приходится, лёд сублимирует (испаряется, минуя жидкую фазу). Воды в северной полярной шапке сосредоточено много, но всё же намного меньше, чем в подпочвенных льдах. На границе шапки при таянии возникают образования, природа которых не вполне понятна. В появлении жидкой воды полярные шапки, по-видимому, какой-либо роли не играют.

ВОДА НА МАРСЕ СЕГОДНЯ

Появляется всё больше доказательств того, что природа протяжённых тёмных или светлых вытянутых образований на склонах кратеров и возвышенностей Марса связана с ныне существующими источниками жидкой воды, ключами грунтовых вод, возникающими на склонах, и потоками воды, а вовсе не с перемещением больших масс сухого песка (пыли) или с камнепадами. Полученные с орбитальных аппаратов изображения с разрешением до единиц метров позволяют увидеть такие ключи в действии. В верхней части рис. 17 сравниваются два снимка склона кратера, сделанные с интервалом в шесть лет. За это время на склоне появился новый объект, очень похожий на поток или его след, длиной несколько сотен метров. Как будет показано ниже, часто потоки возникают повторно и движутся по старому или новому пути. Интересно, что в некоторых случаях они не обрываются, а заканчиваются чем-то вроде запруды.

Рис. 16. Структура северной полярной шапки включает слои льда и пыли. Диаметр шапки достигает 500 км.

Рис. 17. Рождение нового потока на склоне кратера. Фото MGS.

Рис. 18. Склон кратера с протоками (39°S, 166°W). В нижней части снимка находится бассейн, подобный чашам на рис. 22 и 23, но значительно большего размера. (MGS МОС Release No. MOC2-320. NASA/JPL/MSSS.)

На рис. 18 представлен склон кратера, богатого склоновыми протоками (39°S, 166°W). В нижней части снимка находится чаша, или бассейн, изрезанной формы. Внешняя граница бассейна выделяется светлой окантовкой. Поверхность бассейна по сравнению с примыкающей поверхностью гладкая даже при большом увеличении; возможно, это лёд. В верхней (на снимке) части чаши видны два или три следа, соответствующие многократному понижению уровня поверхности. Сток воды через края бассейна образовал второй, внешний контур (в нижней части снимка). Два таких же, но меньших по размерам контура можно заметить в левой части снимка. Источников жидкости, пополняющих бассейн, видно несколько. Вероятно, главный источник находится справа над чашей. Это вытянутое образование с шестью направленными вниз отростками, и, по-видимому, вдоль них стекает вода. Более мелкие структуры того же типа видны слева над бассейном и, вероятно, связаны с наиболее широким протоком вдоль склона. Форма промоин на рис. 18, соответствующая крутому склону, указывает, что поток несёт с собой значительное количество грунта. Горизонтальная ось снимка — около 1500 м. Длина бассейна — около 600 м, а площадь — около 0,3 км2. Никакие песчаные запруды на Марсе не смогли бы удержать столь большие массы воды, даже с учётом втрое более низкой силы тяжести на планете. Но если грунт очень холодный, поступающая вода, впитываясь в морозный грунт, способна быстро создать запруды, чаши из льда и промёрзшего грунта, обладающие определённой прочностью. По существу, это тот же механизм, о котором говорилось выше и который объясняет сужение протоков вдоль склона.

Возраст образований, показанных на рис. 18, не может быть большим. Вполне вероятно, что источники и бассейн действуют в наши дни. На это указывают чистая, насколько можно судить по снимку (без отложений пыли), кромка бассейна, примыкающий к нему второй контур и чёткие нитевидные протоки на склонах. Протоки имеют разветвляющуюся форму, но направлены вверх, а не вниз по склону. Это свойство склоновых оврагов на Марсе уже рассматривалось выше; оно связано с быстрым вымерзанием потока и с частичным просачиванием воды в сухой песчаный грунт. Ветвящиеся отростки представляют собой не притоки, а оттоки от основного русла.

Интересно оценить возраст нитевидных оврагов; он тоже очень большим быть не может хотя бы из-за массивных обрушений песка, которые хорошо видны внизу рис. 10 и которые неминуемо засыпали бы старые овраги. Разрушение оврагов происходит и под действием постоянной ветровой эрозии.

Рис. 19. Протяжённость следа потока на склоне достигает 6 км. Для земных грунтов потемнение соответствует увлажнению. Можно предположить, что тёмный след относится к более позднему источнику. (MGS МОС m0807686b. NASA/JPL/MSSS.)

Хорошую возможность оценить возраст источников предоставляют рис. 19–21. На рис. 19 полная протяжённость расположенного на склоне следа потока достигает 6 км. Можно предположить, что более тёмный оттенок соответствует увлажнению; во всяком случае, тёмный оттенок характерен для земных увлажнённых грунтов. Источников на снимке два, на расстоянии примерно 150 м один от другого. Каждый из них, в пределах разрешения снимка, — «точечный». Дебет каждого из источников должен быть достаточно большим, чтобы оставить столь протяжённый след или создать глубокие овраги. На снимке видно, что следы имеют разную плотность; более плотный и узкий возникает ниже и проходит вдоль менее плотного, но более широкого следа. Напрашивается вывод, что плотный след — более поздний и что он возник, когда верхний источник уже иссяк. Можно заметить, что след на рис. 19 отличается от рис. 10 и 12 тем, что глубокого оврага (промоины) здесь, по-видимому, нет. Возможно, это молодой источник, а промоина формируется, как и в случае земных горных рек, за длительное время.

Можно очень приближённо рассчитать объём вытекшей воды, который для пейзажа на рис. 19 составил не менее 300 м3. Расчёт осложняется тем обстоятельством, что продолжительность работы отдельного источника неизвестна, а глубина промёрзшего ложа должна постепенно нарастать за счёт теплообмена с потоком. Поэтому оценка (300 м3) опирается главным образом на проделанный несложный модельный эксперимент и может быть очень неточной. На возможную связь плотности (оттенка) следа с его возрастом указывает и рис. 20. Наряду с длинным правильной формы следом, возникающим, как и на рис. 19, из «точечного» источника на верхней кромке вала, на склоне видны многочисленные малоконтрастные полосы той же природы — по-видимому, следы пересохших потоков. Интересные образования видны в левой части снимка: два коротких тёмных потока снова возникли у начала светлых (более старых) образований. Таким образом, источники многократно возникают на тех же самых местах.

В некоторых случаях тёмные потоки возникают вблизи верхушки изолированного холма, как на рис. 21, где возвышающаяся гора украшена многочисленными радиально направленными следами потоков разного возраста, в том числе и возникающими повторно. Вероятно, это один из лучших примеров быстрого таяния значительной изолированной массы подпочвенного льда или даже целой ледяной горы.

Как долго могут сохраняться покрытые реголитом ледяные поверхности, всё ещё неясно. Какой-то ответ могут дать бассейны, подобные показанному на рис. 18. С одной стороны, слои пыли настолько хорошо изолируют грунтовый лёд, что он может сохраняться почти неограниченно долго, с другой — имеется эндогенное (внутреннее) тепло недр, которое всё-таки постепенно лёд выплавляет. Количество выделяемого тепла в разных районах различно, так как распределение в коре планеты радиоактивных элементов — урана, тория и калия-40, распад которых создаёт значительную его часть, неравномерно.