Китайский марсоход «Чжужун» выявил под марсианской поверхностью слои осадочных пород, сформированные под воздействием волн. Открытие было сделано в регионе, где ученые ранее предполагали наличие океана примерно четыре миллиарда лет назад. Собранные данные позволили исследователям установить, что на Красной планете действительно существовал обширный океан с волнами и приливами, которые могли создавать береговые линии.
Дискуссии о наличии океана на Марсе возникли еще в 1970-х годах, во время миссии «Викинг». Космические аппараты сфотографировали гигантскую впадину в северном полушарии планеты. Ее форма напоминала высохшее морское дно, а по краям виднелись изгибы, похожие на береговую линию. Ученые предположили, что океан, вероятно, существовал во времена, когда атмосфера была плотной. Она удерживала тепло и, соответственно, жидкую воду.
Ученых сразу заинтересовали возникшие вопросы. В частности, их смущало неравномерность рельефа «марсианского побережья», где перепады высот достигают 10 километров. В отличие от земных береговых линий, на Марсе наблюдаются значительно большие различия в высоте. Помимо этого, остается неясным, куда делась вода. Хотя на Марсе присутствует водяной лед в полярных шапках, его объема недостаточно, чтобы заполнить даже часть такого обширного водоема, если бы он полностью растаял.
Дальнейшие миссии NASA показали, по оценкам ученых, значительное количество воды либо испарилось в космосе, либо оказалась «скрыта» под поверхностью в виде льда или минералов. Однако главной загадкой оставалась неоднородность древнего «берега».
В 2007 году американский планетолог Майкл Манга ( Michael Manga) из Калифорнийского университета в Беркли предложил объяснение. Он заключил, что огромные вулканы в районе провинции Фарсида (там располагается самый крупный вулкан в Солнечной системе — Олимп, смещение оси вращения Марса привело к изменениям на его поверхности, преобразовав ровный берег в неровный рельеф, напоминающий «гармошку». По мнению ученого, это произошло примерно 3,7 миллиардов лет назад, когда Фарсида уже была сформирована.
Впоследствии, в 2017 году, Манга детализировал данную теорию. Согласно новым данным, изменение вращения Марса происходило не после, а в процессе формирования вулканического региона Фарсида, который начал формироваться ранее — примерно четыре миллиарда лет назад. Таким образом, гигантские вулканы вызывали колебания планеты, подобно грузу на вращающейся платформе, что и привело к неровности древней береговой линии океана. К такому заключению планетолог пришел благодаря компьютерному моделированию. Однако прямых свидетельств существования океана на Красной планете по-прежнему не хватало.
В 2021 году китайский марсоход «Чжужун» совершил мягкую посадку на Равнине Утопия. Выбор места был обусловлен одной ключевой причиной.
Равнина Утопия — обширная низменность, расположенная в северном полушарии Марса, её размеры сопоставимы с площадью Европы. Она сформировалась миллиарды лет назад в результате столкновения с крупным метеоритом. В настоящее время это представляет собой ровную поверхность, покрытую пылью и обломками горных пород. Однако, по мнению исследователей, миллиарды лет назад эта территория могла быть дном древнего океана.
Марсоход «Чжужун» функционировал на Марсе с мая 2021 по май 2022 года. За время своей работы аппарат преодолел 1,9 километров вдоль древних обрывов, которые, по мнению исследователей, возможно, являлись береговой линией, и передал 940 гигабайт научных данных. Для исследования поверхности «Чжужун» применял георадар, способный сканировать грунт на глубину до 80 метров. Этот инструмент помогал ученым в поиске подземных образований, таких как границы между слоями горных пород, свидетельства существования воды или другие необычные явления.
Обработанные Мангой и его коллегами из США и Китая данные георадарных исследований показали наличие наклонных слоев песка толщиной до 10 метров, погребенных под слоем пыли и камней на Равнине Утопии.
Сравнив полученные данные с радарными изображениями осадочных пород земного происхождения, сформированных под воздействием волн, ученые обнаружили поразительное сходство. Анализ показал, что марсианские породы наклонены на 15 градусов в направлении предполагаемого древнего берега — угол наклона практически идентичен «пляжных отложений» на Земле. Иными словами, угол наклона марсианских структур характерен для земных пляжей, сформированных волнами.
Особый тип песчаных отложений, называемый «пляжными отложениями», формируется исключительно на границе водной среды и суши. Это слои песка, гальки или других материалов, которые накапливаются вдоль береговой линии водоема (океана, моря, озера) под воздействием волн, приливов и течений. На Земле подобные отложения, достигающие толщины, сопоставимой с таковой под поверхностью Марса, формируются на протяжении миллионов лет: вода «сортирует» песчинки по размеру и укладывает их под определенным углом, создавая характерные наклонные слои.
Исследователи пришли к выводу, что наклонные слои песка на Марсе не являются случайными песчаными образованиями, подобными дюнам, не представляют собой беспорядочные обломки метеоритов и не связаны с потоками лавы. Эти структуры, вероятно, сформировались в результате продолжительного воздействия воды.
Анализ данных, полученных прибором, позволил ученым установить размер частиц марсианского песка. Полученные значения оказались сопоставимы с размером песчинок, встречающихся на земных пляжах — от 0,1 до 2 миллиметров.
«Эти отложения напоминают страницы книги. Они повествуют о том, как волны перераспределяли песок вдоль береговой линии. Песок, возможно, переносился в океан реками, следы существования которых уже были обнаружены на Марсе», — пояснил Манга.
Значимо, что выше «пляжных слоев» залегает 10 метров горных пород — вероятно, это отложения, образованные пылевыми бурями и извержениями, которые могли «законсервировать» берег миллиарды лет назад. Американские ученые полагают, что марсианские отложения, возможно, не подверглись эрозии и, скорее всего, сохранились в своем первоначальном состоянии.
Китайские ученые придерживаются иной точки зрения. По их мнению, на протяжении миллиардов лет марсианский климат (включая воздействие ветров, температурные колебания и химические процессы) привел к разрушению этих слоев, смешал горные породы и покрыл их пылью. В связи с этим марсоходу предстоит обнаруживать очень слабые признаки древних пляжей.
Эти марсианские пляжи, безусловно, являются уникальным «архивом времени», позволяющим узнать, как Марс изменился из влажного мира в засушливый.
«Для формирования пляжей океану необходимо отсутствие ледяного покрова. Это указывает на то, что климат Марса в прошлом был схож с земным: там выпадали осадки, текли реки, и поддерживались умеренные температуры. По мнению Манги, этот влажный период мог продолжаться десятки миллионов лет, что является достаточным временем для зарождения жизни.
Прибрежные зоны представляют собой перспективное место для обнаружения признаков прошлых эпох. Существуют предположения, что первые микроорганизмы могли возникнуть на Земле именно в прибрежных районах, на границе между океаном и сушей — в мелководных местах, где взаимодействуют пресная и соленая вода, минералы, вымываемые из горных пород, и солнечный свет. Это создает условия, напоминающие «химическую лабораторию», способствующую образованию сложных молекул.
В ходе исследования команда Манга представила доказательства существования океана на Марсе около четырех миллиардов лет назад. Однако это порождает дополнительные вопросы: какой период времени длился существование океана? Могла ли планета поддерживать жизнь? Решение этих вопросов позволит разработать новые и актуальные миссии, включая программу марсохода Perseverance собирает образцы для отправки на Землю, а будущие экспедиции могут целенаправленно изучать «пляжные» зоны. Возможно, под песком Равнины Утопии скрыты не только следы волн, но и следы жизни.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.