Американский спутник Марса MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), выведенный на орбиту вокруг Красной планеты 10 марта 2006 г. и выполнивший двухлетнюю целевую программу, продолжает снабжать ученых ценной информацией. По объему переданных данных о Марсе он уже обогнал всех своих предшественников и нынешних конкурентов.

    3 февраля 2010 года Лаборатория реактивного движения JPL, осуществляющая управление аппаратом при содействии компании-разработчика Lockheed Martin, сообщила крайне интересные подробности о «жизни» песчаных дюн, окаймляющих область северной полярной шапки Марса. Дюнные поля, простирающиеся на 0.7 млн км², считались практически статичными, и ученые были уверены, что они сформировались очень давно, в эпоху более сильных ветров. Однако многократные съемки одних и тех же участков дюн с использованием камеры высокого разрешения HiRISE в течение двух марсианских, или четырех земных, лет говорят о другом: почти в 40% случаев дюны претерпели значительные изменения.

Дюны внутри кратера на 42.7* ю.ш., 38.0* в. д. (Земля Ноя к западу от гигантской впадины Эллада). Считается, что линейная картина дюн связана с изменениями в направлении ветра.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    В статье в журнале Science заместитель научного руководителя проекта HiRISE в Институте планетологии (Тусон, шт. Аризона) Кэндис Хэнсен (Candice Hansen) и ее соавторы утверждают, что двумя важными факторами изменения дюн являются сезонное вымерзание углекислого газа из атмосферы планеты и более сильные по сравнению с ожидаемыми порывы ветра.
    Зимой углекислый газ переходит в твердое состояние - так называемый сухой лед. Весной же происходит обратный переход. «Этот газовый поток возмущает слой песка на поверхности дюн, вызывая обвалы и приводя к образованию новых впадин (альковов), оврагов и песчаных наносов на марсианских дюнах, - говорит г-жа Хэнсен. - Уровень эрозии всего за один марсианский год оказался ошеломляющим. В некоторых местах сотни кубометров песка сошли лавинами по склонам дюн».
    Отчетливые следы ветровой эрозии также стали сюрпризом для ученых. Компьютерные модели марсианской атмосферы не давали оснований полагать, что ветры в северной полярной области Марса способны поднимать песчинки, да и данные, полученные на посадочных аппаратах, также свидетельствовали о редкости сильных ветров. «Возможно, полярная погода в большей степени способствует появлению сильных ветров», - полагает г-жа Хэнсен.

Сезонные изменения дюн на Марсе. Три фотографии показывают дюны с координатами 84 гр. с.ш. и 233 гр. в.д., на краю полярных льдов. Данная местность в зимнее время закрыта льдом из углекислоты, и освобождается только в летнее время. Верхнее и нижнее изображение показывает дюну, снятую с разницой в год. Верхнее изображение получено в конце весны (17 июня 2008 г.), нижнее через год в начале лета (2 июля 2010 г.). Среднее изображение получено в середине весны (23 февраля 2010 г.), в то время как весь регион был покрыт льдом из углекислоты.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Ранее аналогичные исследования показали, что оврагообразующая активность на склонах дюн и на внутренних склонах кратеров существует и в южном марсианском полушарии, причем на широтах от 40° и ближе к полюсу, перекрываемых зимой слоем замерзшего углекислого газа. Судя по сообщению за октябрь 2010 г., эти изменения были отмечены для 18 оврагов длиной от 50 м до 3 км в семи районах Марса и только на парах снимков, между которыми была зима. Для пар снимков, разделенных весной, летом или осенью, подобные изменения не найдены.
    Для Серины Диниега (Senna Diniega), ведущего автора статьи в ноябрьском номере Geology, это серьезный довод в многолетнем споре о том, что вызывает образование марсианских оврагов - вода или углекислота. Четкая сезонная привязка говорит в пользу последней. Предполагаемый механизм образования оврага исследователи связывают с накоплением массы сухого льда, приводящей к сходу своеобразной лавины, или с сублимацией углекислоты, которая может служить как бы «смазкой» для слоя песка.

Образование оврагов в песчаных дюнах Марса. Координаты местности 49,4 гр. ю.ш. и 34,7 в.д.. Верхнее изображение получено 14 марта 2008 года (середина осени в южном полушарии), среднее 9 июля 2009 года (в первой половине лета), нижнее 4 октября 2010 года (во время зимы). Сфотографированные овраги напоминают их аналоги на Земле образованные водой, но это не так. Овраги, показанные на снимках, образовались из-за сезонного воздействия двуокиси углерода (изморозь из углекислоты). Изменения отмечены стрелками.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Но если в полярных областях изменения дюн происходят часто, то в более близких к экватору (в частности, на Земле Меридиана, где с 2004 г. работает ровер Opportunity) они почти не меняют своей формы. По данным Opportunity, длинные гребни дюн в данной области покрыты сферическими образованиями (получившими за свою форму и размер шутливое прозвище «черника»). Эти мелкие частицы - максимум 3 мм в диаметре - ветер едва ли может сдвинуть с места, и «черника» становится своего рода «броней» для более мелких частиц песка, залегающих под ней.


    Многие исследования MRO направлены на лучшее понимание этапов истории Марса. Так, подробные исследования кратера Гейл с помощью камеры HiRISE, спектрометра CRISM и контекстной камеры СТХ позволили ученым получить более ясное представление о процессах, проходивших на Красной планете в течение миллиардов лет.

Слоистая структура внутри кратера Гейл (масштаб растянут в три раза по вертикали).

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Общая мощность отложений Гейла составляет несколько километров, и стереопары снимков HiRISE позволили построить их трехмерную модель и выявить слои толщиной всего около 1 м. Изучение сотен геологических слоев с помощью спектрометра CRISM показало, что в самых нижних слоях залегают глиноподобные минералы, которые должны были образоваться в условиях высокой влажности. Выше к глинам примешиваются сульфаты, которые также появились в период большой влажности и остались в осадке после того, как окружающая вода испарилась. Еще выше остаются только слои сульфатов без опознаваемых глин. Наконец, на самом верху виден толстый «бутерброд» из регулярных слоев, не содержащих в заметных количествах каких-либо минералов гидрологического происхождения.

Пласты водосодержащих минералов, выходящие на поверхность в северной части Марса. На фото кратер Стокса (66 км в диаметре), центр с коррдинатами 55,6 гр. с.ш. и 171,2 гр. в.д.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Обнажения горных пород с составом, сходным с отдельными слоями в формации Гейл, найдены и в других точках планеты. Поэтому исследователи полагают, что в истории Марса последовательно сменились эпохи, благоприятные для отложения глин и сульфатов, а затем условия стали совсем сухими. В то же время кратер Гейл - первое и пока единственное место, где все слои отчетливо располагаются именно в таком хронологическом порядке. Поэтому в 2008 г. он был выбран NASA как один из четырех вариантов места посадки и работы следующего ровера - Марсианской научной лаборатории MSL (Mars Science Laboratory) под интересным названием Curiosity («Любопытство»), который планируется запустить осенью 2011 г..

Модель марсианского кратера Мохаве в районе Земли Ксанфа, одного из наиболее молодых крупных (около 50 км) кратеров Марса. Другие кратеры такого размера уже частично разрушены эрозией, осадками и другими геологическими процессами. Вновь возникающие кратеры позволяют ученым лучше понять суть химических процессов на Марсе, в частности вулканических извержений, таяния и кратерообразования. Цифровая модель рельефа сгенерирована из стереопары изображений, полученных камерой HiRISE

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    В октябре 2010 г. появилась примечательная публикация по итогам изучения 100-метрового вулканического конуса в Нильской Патере. Патера, являющаяся дном вулканической кальдеры (воронки), протянулась на 50 км в области Большой Сырт в экваториальной части Марса. Инструмент CRISM на борту MRO выявил светлоокрашенные отложения гидрата двуокиси кремния вблизи вершины конуса, на его южном склоне и на близлежащей плоской поверхности.

Овраги на западном склоне кратера в средних широтах северного полушария Марса. Снимок HiRISE от 13 апреля 2010 г.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Само наличие гидратированной двуокиси кремния на Марсе не новость: в 2007 г. марсоход Spirit буквально взрыл своим колесом слой этого вещества в кратере Гусев. Однако именно орбитальному аппарату MRO удалось найти его в изначальном месте происхождения и в «нетронутом» виде. Дело в том, что исследуемый конус возник на самом позднем этапе местного вулканизма, уже после того, как окружающие равнины и дно Нильской Патеры были покрыты несколькими слоями лавы. Кремний мог растворяться, переноситься и концентрироваться горячей водой или паром, и очевидно, что отложения гидрата диоксида кремния высоко на склоне связаны с горячими источниками или фумаролами. Кремниевые залежи вокруг гидротермальных источников в Исландии - лучший пример такого явления.

Вулканический конус Нильской Патеры. На изображении стрелками отмечены 2 самых крупных гидротермальных месторождения минералов (более светлые). Конус достигает 5 км в диаметре у своего основания. Месторождения являются свидетельством теплых и влажных условий в прошлом.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Но тепло и влажность, которые обусловили возникновение отложений, одновременно считаются и наилучшими условиями для развития жизни. Кроме того, вулканическая активность, вследствие которой образовался конус в Нильской Патере, происходила уже после того, как примерно 3.7 млрд лет назад завершилось формирование основных массивов гидратированных минералов. Таким образом, в этом конкретном районе условия, пригодные для зарождения и развития жизни, могли существовать максимально долго. Следовательно, считает Дж.Скок из Университета Брауна (г.Провиденс, штат Род-Айленд), «это может быть многообещающий тип отложений, сохранивший доказательства жизни - кладбище микробов».


    В рамках 41-й лунно-планетной конференции, проходившей с 1 по 5 марта 2010 г. в штате Техас (США), состоялась презентация специалистов JPL по анализу подземных льдов на Марсе. Изучение областей средних широт северного полушария показало, что под верхним слоем камней и валунов довольно часто встречаются крупные пласты льда. Например, в области столовых гор Дейтеронил (Deuteronilus) на 40-45°с.ш. проявления подземного льда выявлены на протяжении нескольких сотен километров, причем наибольшая толщина слоя достигает 1 км. Такие результаты удалось получить на основании 250 сеансов съемки бортовым радиолокатором SHARAD (Shallow Radar), разработанным по заказу Итальянского космического агентства силами специалистов Университета La Sapienza.
    Аналогичные залежи подповерхностного льда выявлены в западной части гигантской впадины Эллада. Ученые предполагают, что в более ранний период льдом могла быть покрыта вся поверхность Марса. Однако когда климат стал более засушливым, пласты льда остались только там, где они были перекрыты каменистыми насыпями, которые не позволили теплу проникнуть внутрь. Подземный лед представляет собой значительную часть так называемого «неполярного» льда Марса и должен хранить в себе свидетельства ранней истории планеты.

Залежи подземного льда в области Дейтеронил. Желтыми линиями обозначены трассы съемки радаром SHARAD, синяя окраска соответствует выявленным подповерхностным аномалиям, интерпретируемым как слои льда.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Тем временем Джек Холт (Jack W. Holt) из Университета Техаса и его бывший студент Айзек Смит (Isaac В. Smith), также используя данные с георадара SHARAD, сумели раскрыть секрет загадочных спиралевидных желобов на северной полярной шапке Марса, найденных еще на снимках «Мари-нера-9» в 1972 г. Благодаря работе радара в сочетании с детальными снимками камеры HiRISE удалось «проникнуть» под ледовый покров и понять предпосылки образования этой спиральной структуры.
    Изучив форму и размер пластов запыленного льда, сформировавшихся за многие миллионы лет, исследователи сделали вывод, что ключевую роль в создании и «очерчивании» формы желобов (трогов) сыграли ветры, отклоняемые силой Кориолиса. Надо сказать, что такую гипотезу выдвинул Алан Хоуард еще в 1982 г., но лишь теперь радиолокационные данные позволили подтвердить его предположения, основанные лишь на снимках «Викингов».

На изображении показано поперечное сечение слоев вблизи южного полюса Марса (на основе радарных исследований). Темные области на обзоре состоят из замерзшей углекислоты (сухой лед). Недавно обнаруженные залежи углекислоты содержат достаточно углекислого газа, чтобы резко увеличить плотность атмосферы при испарении, некоторые климатические модели предполагают, что это и происходит когда наклон оси планеты увеличивается. Нынешняя атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа, и эти залежи содержат до 80% объемов углекислого газа что сейчас есть в атмосфере Марса. Ширина сечения 330 км, глубина 1,7 км.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

MARS RECONNAISANCE ORBITER

На фото ранняя весна в северном полушарии Марса. Эти дюны покрыты слоем сезонного льда из двуокиси углерода (сухой лед). Темные веерообразные депозиты по краям дюн это места где лед сублемировался (перешел в газообразное состояние).

    Выяснилось также, что марсианский Северный каньон (Chasma Boreale) также образовался благодаря ветру, но гораздо раньше спиралей. Более того, исследователи нашли следы второго аналогичного каньона, ныне полностью заполненного льдом и не наблюдаемого непосредственно. Наконец, удалось показать, что троги со временем смещались в сторону полюса.

Северная полярная область Марса. Ледяная «шапка» вытянулась на 1000 км. По центру слева - Северный Каньон глубиной до 2 км, сходный по своим размерам с американским Гранд-Каньоном и разделяющий «шапку» на две почти равные части.

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Самое же интересное, что первая спиральная структура сформировалась в период, когда мощность полярной шапки уже составляла 3/4 нынешней, а позднее появилась и вторая. «На протяжении долгого периода марсианской истории слои льда формировались равномерно, с одинаковыми промежутками, а затем вдруг следовал период образования спиралевидных желобов, - говорит Смит. - Что-то изменилось. Видимо, произошла относительно быстрая и мощная перемена климата. Мы до сих пор не знаем, что это были за перемены».


    29 сентября 2010 г., за один марсианский год (687 земных дней) до планируемого приземления ровера Curiosity, климатический зондировщик на борту MRO начал четырехнедельный цикл ежедневного мониторинга атмосферы Марса. При этом инженеры немного отошли от режима, в котором прибор работал предыдущие четыре года (наблюдение дважды в сутки, в три часа утра и в три часа дня). Частота работы зондировщика была увеличена, что дало возможность исследовать более широкий диапазон атмосферных условий. На основе этих измерений будет составлена модель погодных условий на момент подлета и десантирования ровера MSL на поверхность и спрогнозированы возможные «сюрпризы» климата и их последствия для работы посадочных систем и конструкции самого марсохода.

Атмосферный профиль Марса. Климатический зондировщик картографирует вертикальное распределение температур, примесей, водяных испарений и ледяных облаков в марсианской атмосфере. Данный профиль показывает распределение ночных температур по 13 виткам на высоте от 0 до 80 км над поверхностью планеты. Диапазон температур - от 120 К (красный цвет) до 200 К (зеленый цвет). Данные от 1 марта 2008 г..

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Незапланированная перезагрузка всех систем КА 15 сентября 2010 г. нарушила обыденный график работы. За этим последовал автоматический ввод безопасного режима ожидания, в рамках которого инженеры выполнили перенастройку и проверку всех параметров систем и вернули спутник к штатной работоспособности тремя днями позже.
    Аналогичные «уходы» КА в безопасный режим случались уже четыре раза, но благодаря оперативному вмешательству специалистов наземного комплекса не привели к каким-либо необратимым последствиям. Правда, предыдущее такое событие в августе 2009 г. затянулось на несколько недель.
    3 марта 2010 г. было объявлено, что на Землю уже передано более 100 терабит информации о Марсе. Для передачи данных на Землю со скоростью б Мбит/сек используется бортовая параболическая антенна диаметром 3 метра. При этом надо учесть, что часть поверхности Марса снимается контекстной камерой с разрешением б метров, и лишь около 1% поверхности - камерой HiRISE с предельным разрешением 30 см. Радар SHARAD набрал 6500 полос наблюдения и успел отсканировать около половины площади поверхности планеты.
    В конце мая 2010 г. именно спутник MRO сделал кадр, по которому затем сумели распознать причину гибели посадочного модуля Phoenix: это был лед, образовавшийся на солнечных батареях аппарата.
    С учетом того, что основная программа MRO давно уже выполнена, 20 января 2010 г. Альфред МакИвен (Alfred S. McEwen), научный руководитель проекта HiRISE, сообщил, что все желающие теперь могут предлагать свои идеи относительно области съемок, используя специальное он-лайн приложение HiWish. Как результат, архив изображений начал расти как на дрожжах и привлекает все больше и больше любопытных глаз.

Кратер Санта-Мария и марсоход Opportunity

MARS RECONNAISANCE ORBITER

    Имея большой архив накопившихся изображений, NASA совместно с Microsoft в июле 2010 г. создали виртуальный 3D-телескоп Марса. Изображения, полученные с камеры HiRISE спутника MRO и камеры аппарата MGS (Mars Global Surveyor), посредством наложения были переведены в трехмерный формат.
    Всем пользователям теперь доступна 3D-Kapта поверхности Марса, и, таким образом, каждый желающий может изучать планету и делать свои собственные «открытия».
    Именно трехмерная карта минерального состава поверхности, полученная из проекта MRO, используется для ориентирования марсохода Opportunity, который был запечатлен камерой HiRISE 31 декабря 2010 г. около юго-западной границы кратера Санта-Мария, куда прибыл в середине декабря для двухмесячной работы по исследованию кратера. Изначально спроектированный на срок службы в три месяца, ровер исправно выполняет новые и новые задачи уже восьмой год.