Марс - Красная Звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Марс - красная звезда
Описание мастности

Районы с водой на Марсе

    Полученные карты нейтронного излучения Марса характеризуют пространственные вариации потока нейтронов над атмосферой на высоте орбиты около 400 км. Первая карта соответствует энергетическому интервалу надтепловых нейтронов. Вторая - быстрых нейтронов с энергиями 0.85-2.5 МэВ. Атмосфера Марса практически прозрачна для этих нейтронов. Численные расчеты показали, что изменение поверхностной плотности атмосферы от 5 до 25 г/см2 может изменить поток выходящих нейтронов не более чем на 15% относительно среднего значения. Измерения с орбиты указывают на гораздо большие вариации потока нейтронов над разными участками поверхности Марса. Следовательно, основной вклад в переменность потока нейтронов на орбите вносят региональные вариации.

    Для изучения состава грунта необходимо использовать только данные, полученные в условиях марсианского лета, когда на поверхности планеты отсутствует сезонный слой осажденной углекислоты. Карты орбитальных измерений потока надтепловых и быстрых нейтронов составлены из трех частей: северная (>50°с.ш.) соответствует сезонному интервалу лета на севере, экваториальная (50°ю.ш. - 50°с.ш.) - всему периоду наблюдений и южная (>50°ю.ш.) - лету на юге. Пространственные вариации нейтронного потока, представленные на картах, отображают состав приповерхностных слоев грунта. На картах нейтронного излучения Марса в районе Плато Солнца (координаты его центра соответствуют 265°в.д. и 25°ю.ш.) наблюдается абсолютный максимум потока надтепловых и быстрых нейтронов. Вероятно, содержание воды в грунте здесь минимально. Напротив, минимальный поток нейтронов наблюдается в высокоширотных областях как на севере, так и на юге планеты. Динамический диапазон переменности потока в разных районах поверхности соответствует факторам около 10 для надтепловых нейтронов и около 3 для быстрых нейтронов. Такая значительная региональная переменность нейтронного потока от Марса оказалась полной неожиданностью. Данные нейтронных наблюдений Луны соответствовали величине региональной переменности нейтронов 20%. Такая региональная переменность на Луне возникает вследствие различия состава породообразующих элементов грунта и небольших изменений в концентрации водорода (50—100 ppm).
    Измерение величины потока надтепловых нейтронов от Марса более чем на порядок говорит о принципиальном различии грунтов Луны и Марса. Расчеты нейтронного потока показывают, что грунт некоторых районов Марса должен содержать очень много водорода (до нескольких процентов по массе). Известно только одно химическое вещество, которое в марсианских условиях может объяснить такое высокое содержание водорода в грунте, - это вода. Наличие небольшого количества водяного пара в атмосфере, присутствие водяного льда в полярных шапках, признаки спорадических потоков на поверхности - все это указывает на Н2О как на единственное водородсодержащее вещество, которое может присутствовать в достаточно большом количестве в грунте Марса. Одна весовая масса водорода соответствует девяти весовым массам воды. Поэтому вывод о наличии в грунте 3—5 масс % водорода равносилен выводу о наличии в грунте 30—50 масс.% воды. В высокоширотных районах на севере и на юге Марса с низким потоком нейтронов именно водяной лед может рассматриваться в качестве основного породообразующего вещества. Состав грунта в северной области вечной мерзлоты. Карта содержания водяного льда в северном полушарии получена на основе обработки данных измерений прибора HEND для 74 отдельных участков поверхности.
    Высокое содержание воды (более 50 масс.%) наблюдается во всем полярном секторе от 270° до 90° в.д. Таким образом, данные прибора HEND подтверждают, что северная полярная шапка состоит в основном из водяного льда. Высокое содержание водяного льда в грунте (>30 масс.%) также установлено для обширных территорий далеко за пределами постоянной полярной шапки. В восточном секторе от 0° до 180°в.д. граница содержания водяного льда на уровне 20 масс.% проходит вдоль широтного пояса 67°с.ш. В западном секторе от 210° до 240°в.д. этот уровень опускается до 60°с.ш. Максимальное содержание водяного льда (>35 масс.%) вне постоянной полярной шапки обнаружено в районе с координатами 70°с.ш., 220°в.д. (рис.7). Таким образом, на севере Марса находится обширный район вечной мерзлоты с очень высоким содержанием водяного льда. Сопоставление данных для надтепловых и быстрых нейтронов показывает, что содержание льда вечной мерзлоты в приповерхностном слое толщиной 1-2 м практически не изменяется с глубиной.

Нейтронная карта Марса
Карта потока надтепловых (вверху) и быстрых (0.85-2.5 МэВ) нейтронов на орбите космического аппарата «Mars Odissey», по данным прибора HEND. Цветовая шкала соответствует отсчетам за секунду в детекторе.
Наличие воды - редкие проявления на Марсе
Измерения проводились для сезонных интервалов c Ls = 100—180° для широт >50°с.ш., Ls = 0—180° для широт от 50°ю.ш. до 50°с.ш. и Ls=330—20° для широт >50°ю.ш. Видны скопления водяного льда на Марсе.
Нейтронная карта Марса

    На юге Марса также наблюдается обширная территория с очень низким потоком нейтронов. Здесь находится южная вечная мерзлота с высоким содержанием водяного льда, с границей вдоль широтного пояса 60°ю.ш. Однако для этой территории модель грунта с однородным содержанием водяного льда по глубине не согласуется с данными наблюдений. Для интерпретации данных необходимо использовать двухслойную модель: слой грунта с высоким содержанием воды (первый свободный параметр) покрыт сверху слоем сухого грунта переменной толщины (второй свободный параметр). Оказалось, что использование двухслойной модели приводит к хорошему согласию с наблюдательными данными. Было показано, что сухой грунт на поверхности имеет плотность около 16—35 г/см2. Среднее содержание водяного льда в нижнем слое выше широты 70°ю.ш. практически не меняется и составляет более 40 масс. На широте около 60°ю.ш. содержание водяного льда составляет 20 масс.%. Получается, что доля водяного льда в грунте вечной мерзлоты на севере и юге примерно одинакова. Различие состоит в том, что на юге лед не выходит на поверхность, а покрыт относительно тонким слоем сухого грунта. Можно предположить, что в настоящее время на Марсе происходит глобальное изменение климата, при котором водные ресурсы планеты перераспределяются с юга на север. Следует отметить, что на карте содержания воды под поверхностью Марса никак не выделяется область южной постоянной полярной шапки, лежащая в секторе 270—360°в.д. выше 80°ю.ш.. Если южная шапка состоит из замерзшей углекислоты, она должна выделяться ярким пятном нейтронного излучения, так как в сухом веществе с малым содержанием водорода эффективно генерируются нейтроны надтепловых энергий. Данные измерений для зимнего сезона показывают, что даже метровый слой замерзшей углекислоты на поверхности приводит к увеличению потока нейтронов примерно в 5 раз. Напротив, если основную массу постоянной полярной шапки составляет водяной лед, то над южным полюсом должно наблюдаться заметное ослабление нейтронного потока. Ни того, ни другого не происходит. Следовательно, южная полярная шапка содержит под тонким слоем замерзшей углекислоты примерно такое же количество водяного льда, что и окружающий ее грунт вечной мерзлоты.
    Экваториальные районы с высоким содержанием воды. Кроме северной и южной областей вечной мерзлоты, на карте вблизи экватора хорошо заметны два обширных района с низким потоком надтеплового нейтронного излучения. Первый район находится в провинции Аравия (50—350°в.д.). Второй район - Борозды Медузы - расположен диаметрально противоположно (180—210°в.д.). Известно, что в этих двух районах поверхность покрыта очень рыхлыми отложениями. Этот факт в сочетании с их антипо дальностью позволил предположить, что в далеком геологическом прошлом в них находились географические полюса планеты. Поток надтепловых нейтронов в районах Аравии и Борозд Медузы снижается почти в три раза по сравнению с Плато Солнца (рис.6). Если принять содержание воды в грунте однородным по глубине, то ее массовая доля достигает 10% (при условии, что в сухих районах Плато Солнца содержание воды в среднем составляет около 2%). Эта оценка близка к максимально допустимому содержанию химически связанной воды в грунте Марса, и поэтому есть основание предполагать, что грунт в этих районах в течение продолжительного геологического времени находился в прямом контакте с водой. Напротив, на карте быстрых нейтронов видимых ослаблений потока в при экваториальной зоне не наблюдается. Вероятно, это связано с тем, что быстрые нейтроны образуются в самом верхнем (около 20 см) слое поверхности, в котором содержание воды гораздо меньше.

Существование морей на Марсе

    Оценка содержания воды является средней величиной, полученной с поверхности размером около 600 км. Это означает, что на некоторых участках районов Аравии и Борозд Медузы содержание воды в грунте может быть гораздо выше. Абсолютный минимум потока нейтронов на экваторе наблюдается в районе с координатами 30°в.д., 10°с.ш. в окрестности кратера Араго примерно посередине между крупными кратерами Анри и Тихонравова. Содержание воды в этом районе, согласно двухслойной модели, составляет около 16 масс. % в нижнем слое под сухим грунтом толщиной всего около 18 см. Эта величина близка к максимально допустимой оценке содержания химически связанной воды в веществе грунта и допускает предположение о наличии в нижнем слое грунта водяного льда. Однако присутствие водяного льда в грунте вблизи экватора трудно объяснить. Дело в том, что на экваторе водяной лед на небольшой глубине должен быстро сублимировать в атмосферу. Объяснить его существование здесь можно очень низкой теплопроводностью грунта, когда суточный прогрев достигает совсем небольшой глубины. Низкую тепловую инерцию обычно имеют глинистые осадочные породы. Действительно, области с низкой тепловой инерцией пересекаются с влажными районами Аравии и Борозд Медузы, однако их границы не вполне совпадают. Во-первых, области с низкой тепловой инерцией гораздо больше влажных районов. Это говорит о том, что низкая тепловая инерция - необходимое условие существования водяного льда, но недостаточное. Во-вторых, в некоторых участках влажные районы лежат за пределом областей грунта с низкой тепловой инерцией. Это означает, что участки с высокой влажностью могут иметь различный состав. В одних участках повышенная влажность может быть связана с высоким содержанием химически связанной воды, а в других - с наличием в грунте свободного льда.

Огромное замерзшее озеро найдено на Марсе
Под поверхностью Марса находится большое замер-зшее море. По мнению ученых, около 5 млн лет назад этот регион площадью 800 на 900 км был затоплен, после чего вода замерзла, а лед покрыли отложения.
Поверхность Марса и наличие воды

    Небольшое подтверждение: в экваториальной части Марса есть огромное замерзшее море, утверждают европейские ученые. Их выводы основаны на изучении фотографии одного из регионов Красной планеты, Элизиум - плоскогорья площадью примерно 800 на 900 километров. Ученые считают, что на этой части планеты пять миллионов лет назад в результате неизвестных катаклизмов появилась вода, но потом превратилась в лед. Они пишут, что лед, судя по всему, был засыпан и до сих пор находится на планете. Вода в форме льда уже была обнаружена на Марсе, но на полюсах. Если новое открытие будет подтверждено, то это будет означать, что запасов льда на планете гораздо больше. "Давно уже говорилось, что вода есть у экватора и вблизи от поверхности Марса, - рассказал Жан-Петер Мюллер, из Лондонского университета. - В этом районе встречаются следы рек, но никто никогда не видел моря и уж точно никто не видел пакового льда".
    С такой трактовкой марсианской карты ученые выступили, изучив данные камеры высокого разрешения, установленной на аппарате Mars Express. Они показывают протяженные платообразные районы, похожие на состоящие из огромных льдин полярные поля на Земле. Найти на экваторе открытый лед вряд ли удастся: скорее всего, лед просто испарился из-за низкого марсианского давления. Однако, как полагает группа ученых под руководством Джона Мюррея, из Открытого университета Великобритании, под покровом пыли и вулканического пепла всего в несколько сантиметров толщиной, лед может сохраняться. "Судя по всему, вода появилась там в результате какой-то огромной катастрофы, на поверхности воды образовался паковый лед, затем он лопнул, после чего вся вода полностью промерзла, - объясняет профессор Мюллер. - В какой-то момент на этот участок выпало много пыли. Пыль прошла через воду и осела на паковом льде, вот почему у этого района другой оттенок, чем у соседних земель".
    Многое из того, что увидела камера на аппарате Mars Express, было зафиксировано и приборами американского зонда Mars Global Surveyor. И хотя для подтверждения первоначальных выводов нужны новые данные, многим ученым объяснение европейцев кажется вполне резонным. "Я думаю, это вполне возможно, - комментирует Майкл Карр, эксперт по марсианскому климату при Геологической службе США. Он указывает, что и раньше ученые подозревали, что к северу от Элизиума в марсианской коре были разломы, через которые на поверхность могла выходить вода. - Мы знаем, откуда могла течь вода, ее можно отследить по прорезанным в почве долинам". Марсианские плато похожи по рисунку рельефа на полярные участки Земли.


Мобильная гидроразведка поверхности Марса

    Выполненные российским прибором HEND глобальные наблюдения потока нейтронов от поверхности Марса позволили надежно установить наличие больших количеств воды в грунте планеты в обширных областях северной и южной вечной мерзлоты и в двух антиподальных районах вблизи экватора. Обнаружение воды в грунте за пределами полюсов существенно изменило наши представления о природной среде Марса. Современный Марс - холодная, но не сухая планета. Этот вывод существенно повлияет на будущие программы исследования и освоения планеты.
    Во-первых, получила наблюдательное подтверждение гипотеза о существовании подземных ледниковых пластов на Марсе. Будущим исследователям предстоит оценить полную массу водяной криолитосферы Марса, но факт ее существования можно считать установленным. Во-вторых, наличие воды в грунте ставит вопрос о возможности зарождения и сохранения примитивных форм жизни. Данные прибора HEND показали, что под спускаемым аппаратом НАСА «Viking-2» на глубине всего несколько сантиметров находится водяной лед. Очевидно, что поиски признаков биологической активности на Марсе будут основываться на данных орбитальной гидроразведки и ориентироваться на изучение грунта под поверхностью планеты. В-третьих, вода - важнейший природный ресурс для полетов людей на Марс. Будущие базы на Марсе должны создаваться с учетом данных о содержании доступной воды в грунте, причем особенный интерес представляют богатые водой районы Аравии и Борозд Медузы на умеренных широтах планеты.
    Разработка и успешная реализация эксперимента с российским прибором HEND создали предпосылки для расширения научных исследований планет на основе передовых ядерных технологий. Следующий российский нейтронный прибор DAN (Detector of Albedo Neutrons) отправится на поверхность Марса в 2009 г. Этот прибор предназначен для марсохода «Mars Science Laboratory» (MSL) НАСА. В эксперименте впервые в практике планетных исследований будет применен метод нейтронного активационного анализа грунта для изучения его состава. DAN содержит импульсный генератор нейтронов 14 МэВ, который испускает 107 частиц в импульсе. Полный ресурс генератора около 107 импульсов. Генератор прибора DAN будет разработан во Всероссийском институте автоматики им.Н.Л.Духова, а блок электроники и детекторы для регистрации вторичных альбедных нейтронов от поверхности - в ИКИ РАН. MSL - долгоживущий марсоход с большим радиусом действия около 30 км. Российский эксперимент с прибором DAN позволит разведать содержание водорода в грунте вдоль трассы движения марсохода, обнаружить богатые водой участки поверхности с пространственным разрешением около 1 м, собрать образцы грунта с высоким содержанием воды и выполнить их исследования in situ. Начиная с 50-х годов прошлого века, в СССР был накоплен уникальный научно-исследовательский потенциал, объединяющий достижения космической техники и ядерных технологий. Сейчас, благодаря этому наследству, в нашей стране создается аппаратура, которая сможет сыграть ключевую роль в будущих исследованиях.

В фирме Гранит Бетон Можно купить бетон в Чехове и арматуру.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru