Планетология

Несмотря на целый набор не только видимых, но и даже химических признаков довольно долгого присутствия океана на древнем Марсе, по сей день его изначальное существование считается спорным. Недавно ученые рассмотрели одну из марсианских долин и пришли к выводу, что сомнений быть не может: там вода за сотни миллионов лет сдвинула целое высокогорное плато.

Марсианская Долина Маврт — одно из тех мест, которые можно считать чем-то вроде памятников истории Красной планеты. Она невелика по сравнению, скажем, с гораздо более известными Долинами Маринера, зато одна из старейших, а самое интересное — протянулась на самой границе так называемой дихотомии Марса, до сих пор не вполне понятого разительного отличия между низменным севером и возвышенным югом планеты.

Из-за такой разницы в рельефе большая часть марсианских поверхностных вод должна была расположиться на севере, и Долина Маврт — самая подходящая деталь этого пазла: это не что иное, как канал оттока, то есть русло примерно двухкилометровой глубины, которое проделала вода во время многократно повторявшихся наводнений.

На это указывает не только характерная извилистость 600-километровой долины, но и состав пород на ее поверхности, который успешно устанавливается с помощью высокочувствительных специальных приборов: они «видят» то или иное вещество по тому, как оно отражает свет. Благодаря этому в канале наблюдают изобилие глинистых минералов, а это одна из важнейших «улик» — глина образуется только в присутствии воды, причем именно в состоянии жидкости.

Тем не менее, как объяснили в недавней статье для издания Nature Geoscience исследователи из Великобритании, многие их коллеги все еще сомневаются в полноводном прошлом Марса. Поэтому планетологи пристально рассмотрели окрестности долины и обнаружили новые интересные подробности.

В сотнях километров от канала насчитывают целые тысячи небольших холмов. При «максимальном увеличении» снимков их склонов выяснилось, что они и по структуре, и по «глинистому» составу точно такие же, как сама долина. Планетологи поняли, что изначально все эти возвышенности непосредственно примыкали к ней и были частью обширного высокогорного плато, но со временем его смещало и размывало в результате эрозии. По оценкам, это происходило между 4,1 и 3,7 миллиарда лет назад.

Добавим, что примыкающее к долине Маврт плато Оксия выбрали как место посадки нового марсохода «Розалинд Франклин», который среди прочего примечателен своей буровой установкой: она может проникать на глубину до двух метров. Это крайне интересно потому, что большая глубина повышает шансы в том числе найти в марсианском грунте следы жизни: поверхность планеты бомбардируется солнечной и космической радиацией, поскольку у Красной планеты слабое магнитное поле.

Ученые пришли к выводу, что в далеком прошлом на Красной планете происходили гидротермальные процессы: нагретые раскаленной магмой массы воды поднимались из недр Марса.

Науке известны сотни упавших на Землю осколков Красной планеты — марсианских метеоритов. Когда-то эти камни выбило в космос с поверхности Марса при падении на него крупных астероидов. Их происхождение устанавливают по изотопному составу газов, которые в небольших количествах содержатся внутри метеоритов: как показывают данные со спутников и посадочных аппаратов, марсианская среда по соотношению изотопов имеет уникальный «отпечаток пальцев».

В этой богатой коллекции метеорит NWA 7034 оказался особенным. Его нашли в Марокко в 2011 году, теперь он хранится в американском Университете Нью-Мексико. Предполагают, что его «родина» — в тех местах, где расположен марсианский кратер Каррата (к юго-западу от знаменитого вулкана Олимп). Именно оставивший этот след астероид, по мнению ученых, подбросил в межпланетное пространство «Черную красавицу». Как легко догадаться, такое прозвище метеорит получил за эффектный цвет.

Планетологи подчеркивают, что это первый известный образец марсианской брекчии — породы, которая «слеплена» из многочисленных обломков разных минералов. В основном она имеет вулканическое происхождение, но при этом очень гидратирована: в кристаллическую структуру минералов «встроилось» много молекул воды. По словам ученых, это самый «водянистый» марсианский метеорит на сегодня.

Наконец, его возраст оценивают в 4,4 миллиарда лет. Это означает, что вещество образовалось через 200 миллионов лет после возникновения Марса как такового. Напомним, Солнечной системе — 4,6 миллиарда лет. То есть «Черная красавица» — еще и один из древнейших метеоритов с Красной планеты.

Недавно исследователи из Австралии подробно рассмотрели «зерно», то есть вкрапление циркона, в «Черной красавице» и нашли в нем много «неформальных» элементов, то есть не имеющих к нему отношения: железо, алюминий, натрий, магнетит. Метеорит к тому же очень «намагниченный», и это подтверждает, что поначалу у Марса было довольно сильное магнитное поле.

В статье для журнала Science Advances ученые подчеркнули, что такого изобилия «посторонних» элементов не остается после классического процесса кристаллизации магмы, зато это возможно в присутствии большого количества горячей воды. Авторы научной работы пришли к выводу, что марсианский циркон в метеорите сформировался в результате крупного гидротермального события — высвобождения из недр планеты огромных масс воды, которая там накапливалась, нагревалась и создавала внутри сильное давление.

Найти в этом доисторическом камне столько воды — как раз то, что ожидали исследователи Марса. По пересохшим руслам рек и многим другим «опознавательным знакам» на поверхности сложилось представление, что в далеком прошлом у Красной планеты была полноценная гидросфера с океанами и дождевыми облаками. Куда все это исчезло — большой вопрос.

Одни специалисты считают, что основная часть воды улетучилась в космос, другие — что «ушла в землю». Чтобы в этом разобраться, ученые хотят восстановить цепь событий с самого начала. Именно в этом драгоценность NWA 7034: метеорит показывает, что 4,4 миллиарда лет назад вода на Марсе уже была и влияла на формирование его пород.

Взяв за основу систему TRAPPIST-1, ученые смоделировали, как атмосферы планет околоземной массы могут сосуществовать с излучением подобных звезд. Оказалось, с очень большими проблемами.

Чтобы на поверхности планеты была жидкая вода, у нее должна держаться достаточно плотная атмосфера. К счастью, астрономы могут искать и изучать атмосферы по изменениям излучения звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Вот только планет много, а для сбора подходящих данных требуются продолжительные наблюдения. Одна из таких целей для наблюдений — система TRAPPIST-1 с семью каменистыми планетами, четыре из которых сравнимы по массе с Землей и находятся в «обитаемой» зоне.

Авторы нового исследования, препринт которого выложен на arXiv, решили проверить, есть ли на этих планетах атмосферы, смоделировав условия системы. Чтобы иметь возможность масштабировать результаты работы на другие потенциально обитаемые миры, они не стали строго придерживаться параметров конкретных планет системы TRAPPIST-1. Так ученые проигнорировали оценки плотности, рассчитав радиусы смоделированных планет по массе (0,8, 1 и 1,2 массы Земли), исходя из плотности нашей планеты (5,5 грамма на кубический сантиметр).

Целью исследователей было посмотреть, как атмосферы таких планет выдерживают воздействие маломассивной звезды спектрального класса М — вроде той, что находится в центре TRAPPIST-1. Для этого они применили модель верхней атмосферы под названием Kompot Code, которая описывает одномерную термохимическую структуру «поверхности» атмосферы на границе с космосом.

В использованную модель заложено более 500 реакций 63 химических элементов. Она учитывает воздействие различных механизмов нагрева и охлаждения. В частности, рентгеновского и инфракрасного излучений, а также охлаждающего эффекта от углекислого газа в верхних слоях атмосферы.

Сопоставив смоделированные данные с параметрами TRAPPIST-1, ученые пришли к выводу, что большинство планет этой системы не могли сохранить свои атмосферы, независимо от их состава. Под излучением звезды верхние слои атмосферы должны были нагреться настолько, что молекулы начали вылетать из поля тяготения планеты.

С учетом возраста системы (по одной из оценок, примерно 7,6 миллиарда лет), даже если бы там была атмосфера в 100 раз массивнее земной, она бы вся уже рассеялась. По предположению авторов, аналогичная история должна быть у всех планет земного типа, находящихся рядом со звездами спектрального класса М.

Результаты моделирования подтверждают итоги наблюдений. Ни на одной из планет системы не обнаружили признаков наличия водородной атмосферы. По данным телескопа «Джеймс Уэбб», на планетах TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1с нет плотных атмосфер. Согласно другой работе, в атмосфере TRAPPIST-1c не доминируют ни СO2, ни O2.

Хотя авторы новой работы заявили, что ни на одной из планет TRAPPIST-1 не могла сохраниться атмосфера, отметим, что плотность этих планет говорит об обратном. У всех них плотность ниже плотности Земли и Венеры, притом что масса многих сопоставима с земной. Сложно представить, как это возможно без наличия атмосферы из легких элементов. Остается дожидаться данных новых наблюдений за этими объектами.

В журнале «Астрономический вестник» опубликована статья о новой планете, которую удалось обнаружить российским учёным в начале 2023 года. Небесное тело может похвастаться гигантским океаном из жидкости, напоминающей водку по составу.

По размеру эта планета подобна Марсу, но около 30% её площади покрыты океаном. Спектральный анализ позволил сделать вывод, что в нём содержится не вода и даже не спирт, а скорее водка. Главный научный сотрудник Института астрономии РАН Геннадий Клювин отдельно подчеркнул: только в России есть приборы, позволяющие определять наличие подобной жидкости на других планетах.

Расстояние от Земли до планеты составляет 108 световых лет, она вращается вокруг звезды GJ9827 в созвездии Рыб. Пока специалисты не дали название новому небесному телу – согласно действующим правилам, это можно сделать после подтверждения открытия Международным астрономическим союзом.

«Есть несколько предложений: «Русская», «Наша», «Бахус». Уже между собой называем её Белой планетой. Получим официальный документ от коллег и будем думать», – сообщил один из первооткрывателей «Комсомольской правде».

Источник