Круговорот воды на Марсе: работа над ошибкамир

Круговорот воды на Марсе: работа над ошибками.

А.В.Родин. Институт космических исследований РАН.

Марсианская эпопея конца уходящего столетия полна столь противоречивых событий, что, наверное, оставит о себе славу эпохи бурного декаданса в космической науке. Неспециалисту может показаться странным, с каким упорством научное сообщество отстаивало идею исследования Марса перед правительствами, общественностью и промышленными гигантами крупнейших держав мира, и с каким оптимизмом переносило одну за одной следовавшие неудачи. Из шести автоматических межпланетных зондов, запущенных к Марсу в течение 90-х годов, лишь два выполнили поставленные задачи: посадочный Pathfinder («Первопроходец») и орбитальный Mars Global Surveyor («Марсианский глобальный патруль»), хотя и у них не все прошло гладко. Благодаря высокому профессионализму своей команды, «Патруль» был буквально вытянут «за уши» (точнее – за солнечные панели) на рабочую картирующую орбиту и успешно работает по сей день. Результат – терабайты телевизионных картинок, детальная лазерная локация поверхности Марса прибором МОЛА и миллионы инфракрасных спектров, полученных спектрометром теплового излучения ТЭС. Все это во многом изменило наши представления о планете и обещает много интересного в будущем, при более тщательном анализе. Пока же компакт-диски с данными продолжают загромождать книжные полки в кабинетах большинства ученых–«марсиан», и самое время использовать этот короткий тайм-аут и попытаться сформулировать, что нового мы узнали и от каких привычных представлений придется отказаться. Остановимся на самой, наверное, интригующей проблеме марсианской климатологии – проблеме воды.

Рис. 1. Марс, хотя и напоминает пустыню, обладает сложным гидрологическим циклом. На этом снимке, полученном группой наблюдателей НАСА на Хаббловском телескопе, видна Северная полярная шапка и глобальная система облаков, опоясывающая тропики планеты во время прохождения афелия. В средних широтах заметны волновые атмосферные структуры, аналогичные тем, что порождают циклоны и антициклоны на Земле.

Есть ли жизнь на Марсе, нет ли – науке по-прежнему неизвестно. Зато хорошо известно, что на Марсе нет важнейшего условия для существования жизни в известных нам развитых формах – на поверхности планеты нет жидкой воды. Причина этого – давление марсианского воздуха, на 95% состоящего из углекислого газа, которое составляет в среднем всего 0.006 земной атмосферы, т.е. несколько меньше тройной точки воды. Это означает, что при современных условиях не Марсе не могут существовать открытые водоемы, и вода на планете содержится либо в толще грунта в виде вечной мерзлоты, либо в виде открытых льдов и снега и, наконец, в очень небольшом количестве - в газообразном виде в атмосфере. Водоем, если бы он существовал, неминуемо бы замерз, медленно испаряясь под воздействием солнечного излучения. Таких замерзших водоемов на Марсе нет, единственный известный резервуар водяного льда – это северная полярная шапка (южная состоит в основном из замерзшей углекислоты, почему – об этом немного позже).

По последним оценкам, емкость северной полярной шапки составляет приблизительно 1.2 млн. км3 льда при средней толщине 1.03 км [5]. Это около половины ледяного купола Гренландии, или 4% от запасов воды в антарктическом леднике. Атмосферные запасы воды и вовсе ничтожны. В такой холодной атмосфере, как марсианская, где днем температура редко доходит до 300K, а ночью опускается ниже 170K, удержать сколько-нибудь заметное количество водяного пара невозможно. Если все содержащиеся в столбе воздуха пары воды осадить, получится микроскопическая пленка толщиной всего несколько десятков микрон. Еще один-два микрона осажденной воды содержится в облаках. Казалось бы, всякие разговоры о гидрологии при таком положении вещей теряют смысл. Но это очень поверхностный, утилитарный вгляд. На самом деле «круговорот воды», хотя и совсем не такой, о котором нам рассказывали в школе, вполне возможен и с такой слабой атмосферой, как марсианская. И интерес к нему не случаен. Несмотря на всю свою экзотику, Марс – это самая близкая к Земле по основным климатическим параметрам планета Солнечной системы. Именно здесь, на этом природном полигоне, в условиях, максимально приближенных к боевым, отрабатывалась климатическая система, подобная той, что дала кров всему живому на Земле. Разобраться в деталях марсианского климата – значит глубже понять наш собственный, еще на шаг продвинуться в попытке определить необходимые и, гипотетически, достаточные условия развития биосферы, что является, наверное, единственно возможной на сегодня постановкой проблемы происхождения жизни.

Вопрос о том, куда делась марсианская вода, задавался еще в докосмическую эпоху, когда на основе наземных инфракрасных наблюдений В.И.Морозом была оценена мощность водозапасов северной полярной шапки [1]. Действительно, если Марс формировался в условиях, близких к другим планетам земной группы, из единого газопылевого диска, то и количество летучих, в том числе и воды, на них должно быть сходным. Более того, Марс, как планета, пограничная с зоной гигантов, должен был бы быть даже несколько обогащен летучими по сравнению с Землей, зона формирования которой была теплее марсианской. Те же соображения приводят к выводу, что и та часть гидросферы, которая была привнесена при ударах кометных тел на стадии интенсивной бомбардировки, для Марса должна быть по крайне мере не менее массивна, чем для Земли.