Следующая часть цикла статей, где мы разбираем странности планет и спутников Солнечной системы (предыдущие в профиле). Сегодня речь пойдёт о Марсе.
Наверное, из всех планет Солнечной системы, Марс кажется нам самым знакомым после Земли и Луны (хотя Луна, конечно, никакая не планета).
Мы знаем, что он красный, знаем про его полярные шапки, огромные вулканы, каньоны и пылевые бури. Знаем, что по его поверхности уже ездят марсоходы, а Илон Маск всерьёз собирается когда-нибудь построить там город.
Но знаете ли вы, что по поверхности Марса ползут песчаные дюны, оставляя следы, которые видно из космоса, а две половины планеты выглядят так, будто их сделали из разных материалов? Что снег там может падать вверх, как бы странно это не звучало? А ещё там бывают синие закаты, а следы древних наводнений напоминают, что когда-то этот холодный пустынный мир был совсем другим. Вобщем, давайте начинать.
Фобос.
Начнём не с самого Марса, а с его маленького спутника. Хотя, по отношению к Фобосу слово «спутник» это даже как-то слишком солидно звучит. 27 на 22 на 18 километров. Гравитация на нём такая, что человек массой 70 килограммов весил бы меньше 50 граммов.
Он неправильной формы, весь в кратерах, и в целом довольно унылый на вид. И у этой маленькой глыбы есть одна проблема: мы до сих пор толком не понимаем, откуда она вообще взялась.
Фобос похож на астероид, который каким-то образом оказался рядом с Марсом. Такая версия долго считалась вполне логичной. Мол, Марс когда-то поймал пролетающий мимо астероид своей гравитацией. Только вот есть нюанс - просто гравитации недостаточно. Для такого захвата Фобосу пришлось бы каким-то образом потерять достаточно скорости, чтобы просто не пролететь мимо, а затем ещё оказаться на почти круговой орбите почти над экватором Марса.
Захват астероида - процесс маловероятный сам по себе. А захват с последующей стабилизацией орбиты ещё менее вероятный.
Есть и другая идея: Фобос мог образоваться из обломков после очень крупного столкновения Марса с другим небесным телом. Это объясняет экваториальную орбиту, но не объясняет спектр Фобоса. Он не совпадает с типичными марсианскими породами. Скорее уж с чем-то углеродистым. Как у астероидов. Короче, единого мнения нет.
А ещё на Фобосе находится огромный кратер Стикни, около 9–10 километров в диаметре.
Для спутника такого размера это не просто большая вмятина, это практически половина самого Фобоса. Если представить Землю с кратером такого масштаба - он был бы размером с Австралию. Удар был настолько мощным, что спутник вполне мог после него просто перестать существовать. Разлететься на куски. Но каким-то образом Фобос пережил это столкновение. И продолжает летать вокруг Марса до сих пор. Правда, ненадолго. Марс понемногу забирает у Фобоса орбитальную энергию, поэтому спутник постепенно опускается всё ниже. Сейчас он приближается к планете примерно на 1,8 метра за сто лет. Да, для человеческой жизни это вообще ничто. Но у космоса времени много.
Примерно через несколько десятков миллионов лет Фобос подойдёт настолько близко к Марсу, что приливные силы начнут его разрывать. Это называется пределом Роша, граница, внутри которой гравитация планеты разрывает спутник на части. Дальше два варианта: либо остатки врежутся в Марс, либо Фобос развалится на куски и на какое-то время превратится в кольцо из обломков. Как у Сатурна, только меньше и недолговечнее. Кстати, о кольцах.
У Марса могли быть кольца
Когда говорят о планетах с кольцами, Марс обычно даже не приходит в голову.
Сатурн - понятно. Его кольца настолько заметные, что стали визитной карточкой планеты. Даже те, кто не интересуется астрономией, знают: Сатурн - это который с кольцами.
Потом можно вспомнить Уран и Нептун. А Марс это всё-таки просто красная каменистая планета с двумя маленькими спутниками. Только вот, возможно, когда-то у него тоже были кольца.
Мы уже знаем, что Фобос постепенно приближается к Марсу. Но обломки Фобоса не обязательно сразу упадут на поверхность. Часть из них может остаться на орбите и образовать кольцо вокруг Марса. Причём речь не о каком-то символическом облаке пыли. В моделях получается вполне настоящее кольцо из обломков спутника. Но самое странное даже не это. Кольцо тоже не будет существовать вечно. Со временем часть материала кольца может снова собраться в более крупное тело - гравитация штука упорная.
Обломки сталкиваются, слипаются, растут. Получится новый спутник. А дальше история повторяется. Новый спутник начинает медленно приближаться к Марсу. Марс снова разрывает его приливными силами. Получается новое кольцо. Из кольца опять может сформироваться спутник. И снова всё заканчивается тем же самым. Как феникс, который сгорает и возрождается из пепла. Только пепел - это камни и пыль на орбите.
И это не просто красивая теория. Есть модели, согласно которым подобное могло происходить с Марсом несколько раз за его историю. Исследователи предполагают, что Фобос может быть одним из последних звеньев этой цепочки - остатком спутника, который когда-то сформировался из предыдущего кольца. Вот такой круговорот Фобоса в природе.
На Марсе пылевые вихри оставляют следы, которые видно из космоса
Если смотреть на Марс с орбиты можно увидеть как на равнинах появляются длинные тёмные полосы, извивающиеся, пересекающие друг друга и постепенно исчезающие. Оставляют их марсианские вихри, чем-то похожие на земные смерчи.
На Земле пылевой вихрь это обычно довольно скучная штука. Где-нибудь в жарком месте закрутился столбик пыли, покружился и исчез. Можно снять на телефон, выложить в интернет и на этом всё. Никто не пишет диссертации, не проводит исследования. На Марсе такие вихри называют пылевыми дьяволами. Только масштабы могут быть совсем другими.
Некоторые из них вырастают на несколько километров в высоту. Представьте столб пыли высотой с Эльбрус. Проходят по поверхности огромные расстояния. И это не редкость, их фиксируют постоянно.
Механизм довольно простой. Солнце нагревает поверхность Марса, воздух у земли становится теплее и начинает подниматься. Если условия подходящие, возникает вращающийся поток воздуха, который начинает закручивать в себя пыль.
Марсианская поверхность покрыта тонким слоем пыли. Когда через неё проходит такой вихрь, он поднимает пыль в атмосферу и буквально счищает её со своего пути. Под ней оказывается более тёмный грунт. И на поверхности остаётся длинная извилистая полоса. Причём след получается настолько большим, что его можно увидеть с орбиты. Не в телескоп с Земли, конечно. Но с марсианского спутника - да.
Они не вечны. Марсианский ветер постепенно заносит их обратно пылью. Новые вихри оставляют новые полосы, старые исчезают. Некоторые следы могут сохраняться месяцами или даже годами, а потом поверхность снова становится почти такой же, какой была до появления вихря.
Марс как будто сделан из разных планет
Если посмотреть на Марс целиком, сначала кажется, что перед нами обычная каменистая планета. Где-то кратеры, где-то равнины, где-то огромные вулканы. Но если начать сравнивать север и юг - появляется существенная разница.
Южное полушарие это древняя, сильно изрытая кратерами поверхность. Возвышенности, нагорья, кора в среднем заметно толще. Ему как будто миллиарды лет, и оно не скрывает этого.
А потом проходит довольно чёткая граница - не с Земли, конечно, в телескоп её не разглядеть. Но с орбиты Марса отчётливо видно что начинается совсем другой Марс.
Большая часть северного полушария это огромная низменность. Она значительно ровнее. И примерно на несколько километров ниже южной поверхности. Разница в высоте от 3 до 6 километров. Кора северного полушария тоньше южной примерно в два раза: 30-35 километров против 50-60. Эту особенность называют марсианской дихотомией. И проблема в том, что мы до сих пор не знаем точно, как она появилась.
Одна из версий - гигантское столкновение в далёком прошлом. Настолько мощное, что удар буквально перекроил значительную часть коры планеты. В 2008 году учёные даже предложили название для этого гипотетического бассейна - Бореалис, размером примерно 10 600 на 8500 километров. Это больше, чем любая ударная структура в Солнечной системе. Больше, чем бассейн Эйткен на Луне. Больше, чем что-либо, что мы знаем. Если это правда, то Марс пережил удар, который должен был уничтожить планету. Или, по крайней мере, оставить на ней шрам, который не зажил до сих пор.
Есть и другие версии. Например, процессы внутри самого Марса - конвекция в мантии, которая могла постепенно привести к такой разнице между полушариями. Одна половина остывала иначе, чем другая. Одна сжималась, другая оставалась стабильной. И в какой-то момент возникла эта асимметрия.
Возможно мы просто видим результат нескольких событий, а не одного. И дихотомия это не один удар и не один процесс, а совокупность. Удар, потом конвекция, потом ещё что-то. И мы пытаемся найти одну причину там, где их было несколько. Я не знаю, какая версия правильная. Никто пока не знает. Мы видим результат. Мы видим разницу в высоте, в толщине коры, в возрасте поверхности. Но причина - предмет споров.
Дюны на Марсе
На Марсе встречаются песчаные формы двух разных масштабов.
Крупные дюны высотой в десятки метров, расстоянием между гребнями в сотни метров.
И мелкая рябь, сантиметры в высоту, десятки сантиметров между гребнями. На Земле и то и другое образуется одинаково: ветер гонит песок, песок накапливается, возникает рябь, рябь растёт в дюны. Один механизм. На Марсе всё это работает не так, и это выяснилось совсем недавно.
Крупные дюны и мелкая рябь на Марсе движутся независимо друг от друга, они не связаны. Мелкая рябь ползёт по поверхности крупных дюн, как будто дюн вообще нет. Это два разных процесса, которые просто сосуществуют на одной территории. На Земле такого нет. У нас рябь и дюны это одна система, разные масштабы одного явления. На Марсе же - две разные системы.
Потому-что марсианская атмосфера примерно в сто раз разреженнее земной, а сила тяжести почти в три раза меньше. Поэтому песок там ведёт себя совсем не так, как у нас. Ветер слабее взаимодействует с отдельной песчинкой, зато низкая гравитация облегчает её перемещение после того, как она уже сорвалась с места. В результате песок может переноситься своеобразными скачками: зерно подхватывает поток, оно пролетает некоторое расстояние, ударяется о поверхность и запускает в движение другие песчинки.
На Марсе снег может падать вверх
Во-первых, да, на Марсе есть снег. Просто не такой, как мы привыкли.
В атмосфере Марса может образовываться обычный водяной лёд, но большая часть марсианского снега состоит не из воды, а из углекислого газа. Из того самого CO2 которым у нас на Земле газируют воду. На Марсе он при подходящих условиях замерзает прямо из атмосферы, минуя жидкую фазу, и образует ледяные облака. При температуре ниже -125 °C углекислый газ превращается в твёрдые кристаллы. Но самое интересное происходит уже после того, как снежинки начинают падать.
Атмосфера Марса очень разреженная, давление у поверхности примерно в 150 раз меньше земного. Внутри облаков могут возникать довольно сильные вертикальные потоки. Они способны подхватывать частицы льда и снова уносить их вверх. То есть снег вроде бы должен падать. Но часть его по дороге начинает двигаться в обратную сторону.
Всё это происходит потому, что марсианская атмосфера очень тонкая. Снежные частицы могут долго оставаться в воздухе, сталкиваться с потоками газа и перемещаться совсем не так, как крупные снежинки на Земле. Марсианская снежинка это не пушистый кристалл, а микроскопическая ледяная пылинка, диаметром порядка нескольких микрометров. Она почти невесома. И атмосфера, при всей её разреженности, для такой частицы вполне ощутимая среда.
Но если вы в будущем решите запланировать новогодние каникулы на Марсе (вдруг Маск всё-таки построит там город), ждать привычной зимней картины с хлопьями снега за окном не стоит. Он слишком мелкий, находится высоко в атмосфере и, вероятнее всего, не долетает до поверхности, испаряясь по дороге вниз или оставаясь в верхних слоях.
Особо внимательный читатель наверняка задастся вопросом: мол, автор, ты не прав, я видел фото NASA с снегом на марсианских пейзажах. Но это не снег, а иней. Он оседает на поверхности из воздуха, покрывая дюны и склоны белым налётом, и у него другие механизмы появления.
На Марсе бывают синие закаты
С цветом на Марсе всё не так просто. Мы называем его Красной планетой, привыкли видеть на фотографиях рыжевато-коричневую поверхность и примерно представляем, какого цвета там всё должно быть.
А потом наступает закат. И вокруг Солнца небо становится голубым.
Причина - пыль. В атмосфере Марса постоянно висит огромное количество очень мелких частиц. Их размер около 1,5 микрометра, это сравнимо с длиной волны видимого света. И такие частицы рассеивают свет иначе, чем молекулы воздуха на Земле.
На Земле небо голубое из-за рэлеевского рассеяния - молекулы воздуха рассеивают коротковолновый синий свет сильнее, чем длинноволновый красный. Поэтому днём небо синее, а на закате, когда свет проходит длинный путь через атмосферу, синий рассеивается, и мы видим красный закат. На Марсе всё наоборот. Там пыль. И пыль рассеивает красный свет эффективнее, чем синий. Поэтому днём небо красновато-коричневое. А на закате, когда свет идёт по касательной, путь через атмосферу становится длиннее, и пыль начинает работать как линза: она рассеивает красный в стороны, а синий пропускает вперёд. В результате вокруг Солнца появляется голубое свечение.
Причём пыль влияет не только на цвет неба. Во время крупных пылевых бурь она поднимается на огромные высоты, меняет прозрачность атмосферы и может на месяцы изменить то, как выглядит поверхность планеты.
В 2018 году произошла одна из самых мощных пылевых бурь за всю историю наблюдений. Она накрыла всю планету. Opportunity, который работал на Марсе с 2004 года, оказался в эпицентре. Его солнечные панели покрылись пылью, и он не смог заряжать батареи. Последние данные, которые он передал на Землю, это то, что выработка энергии упала до 22 ватт-часов, и что оптическая плотность атмосферы достигла рекордных значений. Это означало практически полную темноту. Больше он не вышел на связь. Opportunity проработал 15 лет, он пережил многое, но пыль его убила.
Когда-то на Марсе были наводнения
Сегодня Марс выглядит так, будто воды на нём не было никогда. Камни, пыль, кратеры. Иногда лёд. Никаких рек, никаких морей, никакой привычной нам жизни вокруг воды. А потом начинаешь рассматривать поверхность, и там обнаруживаются русла, долины и гигантские каналы, которые трудно объяснить чем-то другим, кроме огромных потоков воды.
Долина Маринер это система каньонов длиной около 4000 километров. Для сравнения: Большой Каньон в США - 446 километров. То есть в девять раз длиннее. И глубина до 7 километров. Это не каньон. Это шрам через полпланеты. И это не единственный след.
Есть ещё так называемые каналы оттока - структуры, которые выглядят так, будто по ним прошёл поток воды совершенно безумного масштаба.
Канал Мангала 800-900 километров длиной.
Канал Арес более 1750.
Это всё древние каналы, прорезанный огромными потоками воды, вышедшими из-под поверхности Марса. И это были не спокойные марсианские реки, которые миллионы лет понемногу точили берега. Это были колоссальные наводнения. Катастрофические.
В моделях получаются расходы в десятки, сотни миллионов, а для некоторых сценариев даже в миллиарды кубометров воды в секунду. Для сравнения: Амазонка сегодня переносит примерно 200 тысяч кубометров в секунду. То есть марсианские потоки были в десятки тысяч раз мощнее крупнейшей реки Земли.
Что же произошло? Считается, что когда-то в северном полушарии существовали огромные подземные резервуары воды или льда. А потом что-то их вскрыло. Может быть, вулканическая активность. Может быть, удар. И вода вырвалась наружу. За считанные дни или недели. И прошла по поверхности, оставив эти каналы.
А ещё есть геологические свидетельства того, что в северных низменностях Марса мог существовать древний океан. Его следы это специфические отложения, береговые линии, которые прослеживаются на снимках с орбиты. Споры о том, был ли это настоящий океан или просто крупные водоёмы, идут до сих пор. Но то, что вода там была в больших количествах уже почти не обсуждается.
А потом по этому океану могли пройти мега цунами. Гигантские волны, возникшие после падения крупных космических тел, астероида или кометы, волны поднимаются на сотни метров в высоту. И идут через весь океан, разрушая всё на своём пути. И оставляя отложения, которые мы видим через три с половиной миллиарда лет. Учёные нашли следы как минимум двух таких событий, и компьютерные модели этого удара неплохо совпадают с тем, как сегодня выглядят предполагаемые отложения этой древней волны.
То есть Марс, который сегодня выглядит как холодная пустыня, в прошлом мог переживать совсем другую историю. Реки. Озёра. Возможно, океан. А потом гигантский удар из космоса и волна, которая прошла по целому континенту.
Может ли такое произойти с Землей? Вопрос не в том, может или нет, вопрос в том - когда.
На Марсе нашли органические молекулы, а с метаном там вообще какая-то чертовщина
Слово «органические» звучит так, будто учёные нашли что-то живое. Или, по крайней мере, что-то, что когда-то было живым. Но нет.
Органические молекулы это соединения на основе углерода, и сами по себе они совершенно не доказывают существование жизни. Такие вещества вполне могут образовываться без всякой биологии. Метан - органическое соединение. Бензол - органическое. Толуол - тоже. На Марсе находили даже тиофены. Так что «органический» в химии, это не про жизнь, это про углерод.
Тем не менее таких молекул на Марсе нашли довольно много. И это само по себе интересно, потому что органика на поверхности Марса не должна сохраняться. Ультрафиолет, окислители в грунте, радиация, всё это разрушает сложные молекулы за миллионы лет. Если мы их видим, значит, они либо образовались недавно, либо были защищены от среды.
В 2018 году Curiosity уже находил органику в образцах из кратера Гейла. Среди них были тиофены, бензол и толуол - углеродные соединения, которые могли быть как биологическими, так и геологическими по происхождению. А в 2026 году NASA сообщила, что Curiosity обнаружил в одном из образцов 21 углеродсодержащую молекулу. Семь из них раньше на Марсе вообще не находили. Это самая разнообразная коллекция органических молекул, обнаруженная на Красной планете на тот момент. Учёные пока не могут сказать, образовались они биологическим или геологическим путём. И это, если честно, и есть главная проблема марсианской органики. Мы её видим. Мы можем даже определить, из каких атомов она состоит. Но мы не можем сказать, кто её создал. Потому что одни и те же молекулы могут получиться и в живом организме, и в результате вулканических процессов, и при падении метеорита.
А теперь добавим сюда метан. Метан это CH4, простейший углеводород. На Земле большая его часть производится живыми организмами. Но он может образовываться и без жизни. Например, при взаимодействии воды с оливином, это называется серпентинизация. Или при разложении органики под воздействием тепла. Curiosity уже много лет измеряет содержание метана в атмосфере Марса. И оно ведёт себя довольно странно. Газ то появляется, то исчезает, и его концентрация меняется в зависимости от времени года. А иногда прибор фиксирует резкие всплески, в отдельных случаях концентрация становилась в десятки раз выше обычной. С фоновых значений около 0,4 части на миллиард до 20 и выше. Причём, марсианским летом метана больше, зимой меньше. И это повторяется из года в год.
Но здесь есть проблема, так сказать ложка дёгтя в бочке метана.
Орбитальный аппарат ExoMars, который должен был подтвердить эти измерения, метан в таких количествах не обнаружил. Его приборы чувствительны, он смотрит на атмосферу сверху, и он не видит того, что видит Curiosity с поверхности. Это противоречие до сих пор не разрешено. Либо Curiosity что-то не так измеряет, либо метан как-то локально концентрируется у поверхности и не поднимается в верхние слои, либо мы чего-то не понимаем в атмосферной химии Марса.
Я лично склоняюсь к тому, что мы чего-то не понимаем. Потому что когда два независимых инструмента дают разные результаты, и оба не выглядят ошибочными, значит мы упускаем что-то важное.
В общем, откуда берётся метан до конца не понятно.
Он может образовываться в результате геологических процессов, но на Земле большая его часть производится живыми организмами. Поэтому биологическое происхождение полностью исключить тоже нельзя. Хотя пока никаких доказательств марсианской жизни из этого не получилось. Но и опровергнуть тоже не получилось.
Я не знаю, чем это закончится. Может быть, мы найдём жизнь. Может быть, найдём геологическое объяснение всему. А может быть, окажется, что Марс это планета, которая умеет создавать молекулы, выглядящие как биологические, но не являющиеся ими. И тогда нам придётся пересмотреть само определение того, что мы называем жизнью.
На Марсе есть «пауки», «соты» и другие вещи, которые выглядят так, будто их там быть не должно
На снимках поверхности возле южного полюса можно увидеть огромные тёмные структуры, которые очень напоминают пауков. Тонкие разветвлённые линии расходятся во все стороны от центра, иногда образуя целые поля таких «существ». Разумеется, это не пауки. Это результат сезонных процессов с углекислым льдом. Зимой возле полюса Марса на поверхности накапливается замёрзший углекислый газ. Весной Солнце начинает прогревать грунт под этим слоем. Лёд снизу превращается непосредственно в газ, давление растёт, и в какой-то момент газ прорывается наружу, унося с собой пыль. Так постепенно и появляются эти разветвлённые структуры. Причём они не просто похожи на пауков на фотографии. Их форма действительно определяется тем, как газ ищет путь через лёд и грунт.
А совсем недавно Curiosity обнаружил уже совсем другую странность - огромное поле многоугольных трещин, похожих на пчелиные соты. Каждый такой многоугольник всего несколько сантиметров в поперечнике. Но они заполнили поверхность настолько плотно, что узор продолжается во всех направлениях, насколько хватает взгляда камеры. Сотни, тысячи, десятки тысяч многоугольников. Учёные пока не знают точно, почему именно здесь эти структуры образовались в таком количестве. Есть версия, что это связано с циклами замерзания и оттаивания грунта. Вода или углекислый газ проникают в трещины, замерзают, расширяются, рвут породу. Потом оттаивают, снова замерзают. И так тысячи раз. Постепенно формируется сетка многоугольников. На Земле такие структуры тоже есть в Арктике, в Антарктике, на Шпицбергене. Но на Марсе они выглядят иначе, потому что там другой грунт, другая атмосфера, другая температура.
Марс изучают уже десятилетиями, но самое интересное, возможно, ещё впереди. К нему продолжают лететь новые аппараты. В 2028 году к планете должна отправиться европейская миссия, которая будет бурить поверхность и искать признаки древней жизни уже под грунтом. А японская MMX должна отправиться к Фобосу за образцами его грунта.
Россия в этой истории тоже никуда не делась, не смотря на известные события.
Прямо сейчас на орбите Марса работает аппарат ExoMars, на борту которого находятся два российских прибора, созданных в Институте космических исследований РАН. Один изучает атмосферу и её загадочные газы, включая метан, другой ищет под поверхностью следы водяного льда. Может быть, новые исследования наконец объяснят, откуда берётся марсианский метан. Может быть, найдём что-то, что заставит переписать учебники. А может быть, Марс снова сделает то, что у него получается лучше всего: ответит на один вопрос и тут же задаст три новых.
