Из трех спутников, работающих в настоящее время на орбитах вокруг Марса, львиная доля общественного внимания достается двум: американскому Mars Odyssey, который доказал существование льда в грунте Красной планеты, и европейскому Mars Express, которому предстоит прозондировать этот грунт на большую глубину. Третий спутник, Mars Global Surveyor (MGS), запущенный еще 7 ноября 1996 г. и начавший регулярные научные наблюдения на орбите 8 марта 1999 г., как бы «прячется» в тени своих собратьев. Пять раз в неделю команда Майкла Малина, создавшая камеру MOC, публикует в Интернете новые снимки Марса, но сенсации случаются нечасто.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    Однако 20 сентября MGS «прогремел», да еще как! Благодаря тому, что одна и та же аппаратура исследует Марс уже очень долго, можно считать твердо установленным фактом: поверхность Марса меняется, причем довольно быстро и заметно.
    Наиболее интересный результат многолетних наблюдений MGS состоит в том, что размер постоянной южной полярной шапки уменьшается год от года. Постоянной называется та часть полярной шапки, которая сохраняется в течение всего лета южного полушария, в то время как зимний покров имеет значительно большую площадь. Постоянная шапка выглядит как сложное сочетание широких и сравнительно плоских столовых гор, небольших холмов, круглых ям и желобов (трогов).
    В сезон 2001 г. аппарат проводил камерой MOC повторное фотографирование отдельных участков южной полярной шапки, уже отснятых в 1999 г., с целью получения стереоизображений, изучения топографии полярной области и измерения толщины полярных льдов. Однако построить стереоизображения не удалось – формы рельефа оказались различными! За год стены ям и края обрывов отступили в среднем на 3 метра, а местами и до 8 м.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    В декабре 2001 г., когда об этом объявили впервые, еще нельзя было сказать, является ли сокращение шапки разовым событием или проявлением общей тенденции. Но к сегодняшнему дню спутник пронаблюдал южную шапку уже четыре лета подряд – по земному календарю это соответствует 1999, 2001, 2003 и 2005 году. Закономерность сохраняется: возвышенные области южной полярной шапки год от года сокращают свою площадь, а материал постоянной шапки постепенно уходит. Что же это за материал и куда он девается?

MARS GLOBAL SURVEYOR

    Еще в начале работы MGS научная группа камеры MOC предположила, что описываемые формы рельефа представляют собой процесс разрушения слоя твердого углекислого газа. Ученые основывались на данных орбитальных аппаратов Viking, которые показывали температуру южной шапки ниже температуры замерзания CO2, и на необычном виде рельефа. Скорость отступления шапки, считают они, подтверждает это предположение: водяной лед для этого недостаточно летуч. (Впрочем, водный лед вполне может залегать под слоем твердой углекислоты.)
    Но если это так, то углекислый газ должен накапливаться в атмосфере и усиливать парниковый эффект – а значит, и средняя температура на поверхности должна медленно повышаться.

MARS GLOBAL SURVEYOR

Интересно отметить, что центр южной полярной шапки смещен примерно на 150 км от южного полюса, причем более ста лет этот факт не имел объяснения. Однако 12 мая в Nature появилась статья Энтони Колапрете (Anthony Colaprete) из Исследовательского центра имени Эймса с соавторами, в которой смещение полярной шапки объясняется особенностями рельефа южной полярной области. Там находятся два крупных кратера, рельеф которых создает область низкого давления над участком в Западном полушарии вблизи полюса. Как и на Земле, марсианский циклон означает холодную штормовую погоду и снег, и поэтому именно сюда смещен центр постоянной части полярной шапки. Именно в западной части выпадает белый пушистый снег, который выглядит особенно ярким на снимках. В восточной, более влажной и теплой, части снега выпадает очень мало, и здесь при осаждении влаги на холодную поверхность формируется темный лед.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    О глобальном потеплении на Марсе говорят уже довольно давно. По оценке, опубликованной в декабре 2003 г. Джеймсом Хедом (James Head) с соавторами, последний ледниковый период на Марсе имел место в промежутке между 2100 и 400 тыс лет назад. В это время на полюсах было сравнительно тепло, водяной пар переносился в низкие широты и оседал на поверхность, формируя смесь льда и пыли. Остатки этого слоя выявлены прибором HEND на станции Mars Odyssey в некоторых экваториальных областях Марса.

Оврагов становится все больше

    Одним из важнейших открытий MGS стало обнаружение оврагов на склонах холмов и гребнях кратеров на широтах выше 30°, а также на песчаных дюнах. Скорее всего, они возникли под действием жидкой воды, которая или просачивалась из подземных резервуаров, или возникала при таянии засыпанного грунтом слоя снега или льда. Альтернативное объяснение – быстрая сублимация углекислого газа из нанесенного зимними ветрами грунта, вследствие которой вниз «стекают» песчаные струи.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    «Свежесть» очертаний некоторых оврагов говорила о недавнем происхождении, но означало ли это «прошлой весной» или «10000 лет назад?». Правильным оказался первый ответ: на парных снимках одних и тех же районов с интервалом в несколько лет появляются новые овраги!
    Сделав снимки более 100 известных районов с оврагами, сотрудники научной группы камеры MOC нашли пока всего одно такое место – на дюне в безымянном кратере в районе Геллеспонт, к западу от Эллады. Два оврага, хорошо видимые на снимке от 27 апреля 2005 г., отсутствуют на более ранней фотографии от 17 июля 2002 г. Следует при этом учитывать, что более старый снимок сделан при более низком положении Солнца, и если бы овраги существовали еще тогда, они были бы еще более заметны, чем в 2005 г. Следовательно, полтора марсианских года назад их не было – а теперь они есть!

MARS GLOBAL SURVEYOR

По современным представлениям, жидкая вода могла бы существовать в отдельных местах на поверхности Марса при характерных для них температуре и давлении. Однако скорость нагрева поверхности и атмосферы и большое количество энергии, необходимое для таяния снега или льда, не способствуют ее появлению.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    Интересно также отметить достаточно крутые склоны оврага и «алькова» в его вершине. Это говорит о том, что материал дюны достаточно «липучий» – как, впрочем, и многих других дюн, исследованных камерой MOC за последние восемь лет.

Камни катятся вниз

    Марсоходы MER обнаружили замечательные каменные обнажения на краях исследованных ими кратеров. Когда кратер достаточно велик и глубок, по его крутым стенам могут скатываться отдельные камни, оставляя в пыли четкий след из отдельных вмятин и лунок. Такие следы были известны на Земле и Луне; MGS нашел их и на Марсе.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    Один такой комплект следов в кратере на 35.8°ю.ш., 158.4°з.д. был сфотографирован дважды: 14 ноября 2003 г. и 4 декабря 2004 г. На втором снимке отчетливо видны более десятка новых следов. Быть может, говорит руководитель проекта камеры MOC Майкл Малин, их привел в движение сильный ветер, а может быть, и «марсотрясение». Насчет ветра – это как-то сомнительно, но процессы выветривания пород на Марсе, безусловно, идут, и оторванные от массива неустойчивые камни на склоне кратера, безусловно, могут сорваться под действием сравнительно небольших сил.

А вот кратеров - дефицит!

    На снимок за 5 октября 1999 г. попал свежий ударный кратер, которого не было на снимке орбитального аппарата одного из «Викингов» 1976 г. Место находки – южный гребень 55-километровой кальдеры вулкана Улисс (2.5°с.ш., 121.3°з.д.) в области Фарсида (Тарсис). Вокруг кратера диаметром около 25 м были отчетливо видны темные лучи выброшенного грунта, но уже на снимке 2005 г. они стали намного менее заметны. Но не это самое важное.
    Подсчет малых ударных кратеров считается ключом к определению возраста поверхности, причем предполагается, что частота их образования не менялась со времен ранней истории Солнечной системы. Шкала эта создана для Луны, для которой имеются надежные лабораторные измерения продолжительности воздействия космических лучей на собранные астронавтами образцы. Для Марса ее экстраполировали с учетом близости планеты к поясу астероидов.

MARS GLOBAL SURVEYOR

    На снимках камеры MOC найдено еще несколько свежих кратеров, и тем не менее их число составляет лишь одну пятую от ожидаемого. Не исключено, что если этот результат подтвердится, придется пересматривать принятые оценки возраста различных участков поверхности Марса.

Арсия в облаках

    Огромный марсианский вулкан Арсия (9°ю.ш., 121°з.д.) отличается тем свойством, что каждый раз поздней осенью над ним воспроизводится одна и та же спиральная структура облачности. Возникает она так: летом и осенью нагретый воздух поднимается со склонов вулкана вверх, неся с собой небольшое количество пыли, а затем она собирается в пылевые облака на высоте от 15 до 30 км над гигантской кальдерой диаметром 110 км. Высота самого вулкана достигает 10 км.
    Три представленных снимка сделаны соответственно 19 июня 2001 г., 24 апреля 2003 г. и 25 февраля 2005 г. Белым и голубоватым цветом выделяются облака из кристалликов льда; интересно, что на снимке 2005 г. их больше всего. Над другими большими вулканами Фарсиды такой спиральной облачности нет, но там регистрируются облака других типов.
    Кстати, ежедневное картирование количества пыли в атмосфере Марса термоэмиссионным спектрометром показало ее большое количество над обширными районами южного полушария в течение трех летних периодов подряд. Тем не менее продолжительность и мощность пылевых бурь год от года меняется. Пылевая буря 2001 г. продолжалась 6 месяцев (с июня до октября) и охватила всю планету. В 2003 г. было две отдельных бури, в июне и в декабре, причем вторая началась в северном полушарии и затем перевалила через экватор.

Дельта Эберсвальде

    Одним из самых интересных открытий камеры MOC за период дополнительной программы полета является обнаружение и съемка хорошо сохранившейся сухой дельты Эберсвальде в одноименном кратере, расположенном к северо-востоку от кратера Холден (24.0°ю.ш., 33.7°з.д.).
    На снимке участка размером 3x3 км видна северная часть дельты и желоб в виде петляющего меандра. Изображение было получено в так называемом режиме cPROTO – с разворотом аппарата по тангажу и вращению и компенсацией и имеет разрешение 0.5 м на пиксел.
    На втором изображении представлен эскарп в «голове» каньона Северного (Chasma Boreale), представляющего собой большой трог эрозионного типа в северной полярной шапке. Прекрасно видны слои материала под ледяной шапкой. «Картинка» составлена из двух снимков, сделанных в январе 2005 г. также в режиме cPROTO.

Фрагмент "дельты" Эберсвальде

MARS GLOBAL SURVEYOR

    Это было лето северного полушария, когда на протяжении двух-трех месяцев условия благоприятны для съемки полярной шапки: «снег» из твердой углекислоты уже испарился, а пылевые бури еще не начались.

Промежуточные итоги

    Итак, Марс оказался значительно более активной планетой, чем можно было предполагать до прибытия к нему восемь лет назад станции MGS.
    К 7 сентября 2005 г. аппарат сделал 30732 витка вокруг Марса, в том числе 29049 витков на этапе выполнения регулярной рабочей программы, и произвел уже 1528 снимков в режиме разворота аппарата по тангажу и вращению. В этот день MGS продолжали выводить из защитного режима, в который он попал 26 августа.
    Ближайшей целью группы управления была съемка в режиме cPROTO предполагаемого места аварийной посадки станции MPL. Съемку планировалось провести 10 сентября – до того, как метеоусловия в этом районе ухудшатся. Результаты ее пока неизвестны.
    «Наша основная программа закончилась в начале 2001 г., но много наиболее важных находок было сделано после этого, – говорит менеджер проекта MGS в Лаборатории реактивного движения Том Торп (Tom Thorpe), – и еще более крупные могут быть впереди».
    Торп полагает, что MGS способен вести исследование Марса еще от 5 до 10 лет.