Данное положение серьезно противоречит более ранним представлениям, согласно которым Красная планета должна была оставаться безводной пустыней на протяжении миллиардов лет. Астрономические факторы, возможно, объясняют возникновение этого явления.
Склоны Марса, включая участки возле кратеров от астероидов и отдельные возвышенности, характеризуются наличием образований, напоминающих овраги, которые, вероятно, сформировались под воздействием воды, стекавшей по ним в прошлом. В настоящее время среднегодовая температура в этих районах составляет минус 63 градуса Цельсия — это на 78 градусов холоднее, чем на Земле, и на 15-20 градусов ниже, чем на российской станции «Восток» в Антарктиде.
На этой станции температура никогда не поднималась выше минус 13 градусов, поэтому о наличии жидкой воды говорить не приходится. Более того, атмосфера современной Красной планеты характеризуется крайне низким давлением – на Земле подобный показатель считается техническим вакуумом. В результате, вода сразу же испаряется после таяния льда, что существенно затрудняет существование жидкой фазы на поверхности. К тому же, на склонах высотой до 4,5 километра, где даже по марсианским стандартам низки давление и температура, были зафиксированы следы оврагов, что затрудняет объяснение их возникновения на Марсе.
Некоторые ученые пытались объяснить наличие заметных следов потоков жидкости, предположив, что это результат таяния углекислотного льда. Однако, учитывая, что в условиях Марса и Земли углекислотный лед сразу переходит в газообразное состояние, это объяснение представляется маловероятным. Кроме того, районы, где расположены овраги, как правило, слишком теплые для Марса, чтобы там могли существовать значительные залежи сухого льда.
В своей работе американские ученые представили инновационный подход к решению данной задачи, опубликованной в журнале Science. Моделирование климата Марса показало, что он меняется при различных значениях наклона оси вращения. В настоящее время этот наклон составляет около 25 градусов, что сопоставимо с земным. Однако, в отличие от Земли, Марс не обладает крупным спутником, способным стабилизировать угол наклона оси вращения, поэтому вполне вероятно, что он изменяется с течением времени.
Для формирования жидкой воды из льда при текущем угле наклона оси вращения условия практически невыполнимы. Создание таких условий требует атмосферного давления не менее 612 паскалей (что составляет примерно 0,6% от земного) и температуры не ниже нуля градусов Цельсия. На современном Марсе это возможно лишь вблизи экватора, однако в горных районах и кратерах экваториальной зоны наличие заметного количества льда на поверхности маловероятно – по крайней мере, пока он не будет обнаружен. Даже при увеличении угла наклона оси вращения Марса с 25 до 30 градусов ситуация не изменилась.
Увеличение моделируемого наклона оси вращения до 35 градусов позволило авторам добиться того, что при давлении свыше 612 паскалей и при углах, превышающих ноль градусов, на марсианском лете регулярно наблюдались даже на высоких широтах. Это было связано с тем, что при таком значительном наклоне оси вращения высокие широты на протяжении полугода находились под воздействием почти прямых солнечных лучей. В результате, они получали значительно больше энергии, чем в настоящее время, что приводило к существенному потеплению летнего периода.
Новое исследование позволяет сделать ряд значимых теоретических и практических заключений. В частности, установлено, что наклон оси вращения Марса подвержен существенным изменениям с течением времени, что оказывает заметное влияние на климат и плотность атмосферы этой планеты. Датировки оврагов свидетельствуют об их формировании в течение последних миллионов лет. Авторы работы отметили, что наиболее свежий из таких эпизодов произошел всего 630 тысяч лет назад. Повышение температуры летом в марсианских условиях приводит к интенсивному испарению сухого льда с полюсов, что увеличивает концентрацию углекислого газа в атмосфере.
Новое исследование привело к важному выводу: овраги, ранее сформированные водой, могут по-прежнему содержать заметные запасы водяного и даже сухого льда. Если эти овраги образовались под воздействием жидкой воды, а не углекислого газа (что, согласно новым данным, является вполне вероятным), то значительные ее объемы должны были остаться в почве под ними. Снижение наклона оси вращения Марса привело к тому, что эта вода замерзла. Таким образом, районы марсианских оврагов становятся все более интересными для выбора мест расположения будущих баз.