Эхо воды

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 слоев. 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.

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 пазл 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 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 в 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, будучи и менее насыщенной солями.

Тает ли лед 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.

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 (ученые взяли вещество в «марсианской» концентрации). Присутствие перхлоратов в грунте является сильным аргументом против жизни на Красной планете, да и высокая концентрация солей в подледном озере тоже плохо согласуется с чем-то живым, но только если подходить к этому вопросу с земными мерками.

Весьма вероятно, что марсианское подледное 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 живет практически в кипятке, так еще 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 твердых породах чуть более, чем за неделю, но это установки массой порядка тысячи тонн, что в разы больше МКС (масса около 417 тонн), самого тяжелого космического сооружения в истории человечества. Уже в Антарктиде, куда забросить буровую непросто, бурение скважины к озеру Восток заняло больше десяти лет, без учета перерывов на пересмотр схемы проходки скважины, причем 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, посвященная проблеме подледных озер на Марсе, была только что опубликована в Science, указывает, что теоретически для изучения подледных озер на Марсе можно применять сейсморазведку. «Фиксируя распространение звуковых волн в воде и их отражение от границ озера, мы можем получить информацию о глубине водоема. В настоящее время планируется отправить на Марс сейсмограф, но для изучения озера потребуется использовать активное зондирование, то есть иметь не только приемник, 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 все еще способный просвечивать ледник, может предоставить более детальную картину скрытого подледного 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 полметра-метр. 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 водоемов 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 еще дальше, и даже с самыми совершенными на сегодня двигателями полет к нему займет 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 остается ждать и уповать на различные косвенные методы вроде радарного сканирования и поиска биомолекул как в грунте, так и атмосфере.