Результаты радиолокационного зондирования, выполненного георадаром марсохода Perseverance, подтвердили предположение о том, что в марсианском кратере Езеро когда-то было озеро. По мнению ученых, есть шанс найти следы древней жизни в собранных аппаратом образцах.
Осознанный выбор
Марсоход НАСА Perseverance 18 февраля 2021-го совершил посадку на поверхность Красной планеты в районе кратера Езеро. Комплекс геологических признаков позволял предположить, что более 3,5 миллиарда лет назад здесь было озеро, в которое впадала довольно крупная река. На космоснимках, сделанных автоматической межпланетной станцией "Марс-экспресс" Европейского космического агентства (ЕКА), напротив ее устья на дне кратера отчетливо виден конус осадочных отложений дельты древней реки.
Фото Западной дельты кратера Езеро, сделанное автоматической межпланетной станцией "Марс-экспресс" Европейского космического агентства / © ESA/DLR/FU Berlin
Марсоход NASA Perseverance делает селфи с вертолетом Ingenuity / © NASA / JPL-Caltech/MSSS
Дно кратера Езеро. Изображение получено камерой марсохода Perseverance 8 июля 2021-го / © NASA/JPL-Caltech/ASU/Iñaki Docio
Спектрометрическая съемка с борта орбитального спутника Mars Reconnaissance Orbiter, запущенного в 2005-м, показала, что они содержат карбонаты и глинистые минералы, для образования которых нужна жидкая вода. По мнению ученых, если в ранние эпохи на Марсе существовала жизнь, то ее следы должны сохраниться в осадочных породах дельты или самого озера. Поэтому сюда и решили отправить марсоход.
Особый интерес с точки зрения поисков следов древней жизни представляют карбонаты. На Земле они слагают раковины морских беспозвоночных, скелеты кораллов, а также строматолиты — ископаемые остатки древних цианобактериальных матов. Карбонатные окаменелости прекрасно сохраняются в осадочных породах миллиарды лет. Древнейшие строматолиты, найденные в земных породах, тоже возникли 3,5-3,7 миллиарда лет назад.
Спектрометрическое изображение дельты палеореки в западной части кратера Езеро. Сиреневым цветом выделяются глинистые отложения, зеленым — карбонатные / © NASA / JPL/JHUAPL/MSSS/Brown University
Марсоход Perseverance оборудован приборами для анализа химического и минералогического состава пород и обнаружения органических соединений, а также георадаром RIMFAX (Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment), который зондирует марсианские недра на глубину до 20 метров. Он способен различать породы разной плотности и структуры, находить подземный водяной лед и линзы соляного рассола.
Помимо этого, у марсохода есть роботизированная рука с буром, с помощью которой аппарат отбирает пробы пород весом около 20 граммов каждая и запечатывает их в металлические цилиндры.
Роботизированная рука для отбора образцов марсохода Perseverance / © NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Долгий путь к цели
Ключевая задача Perseverance, как ее определили руководители проекта, — поиск биосигнатур, которые могут подтвердить существование микробной жизни на Марсе в прошлом. Поэтому миссия изначально была нацелена на сбор и анализ образцов осадочных пород дна озера и дельты древней реки.
Сложность заключалась в том, что рельеф палеодельты имеет перевернутую топографию. Из-за того, что осадочные отложения более устойчивы к выветриванию, чем окружающие их пирокластические породы, бывшие рукава русла реки сейчас представляют собой хребты, возвышающиеся над окружающей местностью. Поэтому марсоход решили посадить не в зону дельты, а на плоское дно кратера напротив нее.
Но посадка произошла на 1,7 километра юго-западнее заданной точки — и от дельты Perseverance отделял участок, покрытый песками. Пересекать его напрямую посчитали рискованным из-за опасности увязнуть, так что марсоход пошел на юг — обходным путем. Однако через несколько месяцев, в начале ноября 2021-го, снова уперся в пески. Тогда приняли решение вернуть аппарат в исходную точку и отправить его к дельте уже северным путем.
Несмотря на то что путь от места посадки до южной оконечности области песков и обратно был незапланированным, он дал возможность получить обширную информацию о породах, слагающих основание кратера. И отобрать 14 образцов: восемь из магматических пород основания кратера и шесть — из осадочных пород фронтальной части дельты. Это существенно облегчило работу на этапе георадарных исследований — ученые уже знали физические свойства пород и могли уверенно идентифицировать их на геофизических профилях.
Красным цветом — место посадки марсохода, синим — место его нахождения на 12 декабря 2023-го / © NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Район георадарных исследований марсохода Perseverance в районе мыса Нукшак и ущелья Хоксбилл. Серые линии — путь марсохода, белые пунктирные — линии георадарных профилей, красные пунктирные — линии контакта осадочных отложений дельты и пород основания кратера. На врезке — геологическая карта, построенная по данным орбитальных исследований / CC BY 4.0 / David A. Paige et al. / Science Advances, 2024
Просвечивая марсианские недра
В начале марта 2022-го Perseverance вернулся в точку посадки и начал движение к северу. В середине апреля вышел к фронтальной части дельтовых отложений. Здесь стартовал основной этап работы радара RIMFAX, который специально для марсианской миссии создали ученые из Университета Осло и Научно-исследовательского института Министерства обороны Норвегии.
Принцип действия прибора следующий: через каждые десять сантиметров пути он излучает электромагнитные радиолокационные волны, проникающие до 20 метров вглубь Марса. Определяя импульс отраженных волн, возвращающихся с глубины, георадар строит изображение профиля недр, на котором видны породы с различными физическими свойствами и границы раздела между ними с точностью до одного сантиметра.
Электронный блок радара RIMFAX в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене перед установкой его на марсоход Perseverance / © NASA/JPL-Caltech
Георадар RIMFAX расположен в нижней задней части марсохода в кожухе, имеющем форму галстука-бабочки / © NASA/JPL-Caltech
Художественная концепция, показывающая, как работает георадар RIMFAX, посылая радиоволны, которые отражаются от слоев горных пород в недрах Марса / © NASA/JPL-Caltech
Ученые детально проанализировали два таких профиля. Один был сделан в районе сложенного дельтовыми отложениями уступа, получившего имя мыс Нукшак, второй — в ущелье Хоксбилл, горном проходе, ведущем со дна кратера в дельту древней реки. Это помогло уточнить стратиграфию отложений в западной части кратера Езеро и восстановить этапы его геологической истории. Результаты изложены в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Трехмерная проекция строения подповерхностных слоев кратера Езеро в районе мыса Нукшак, построенная на основе радарограмм. Слои, сильнее отражающие радарный сигнал, более темные. Расстояния по вертикали преувеличены / © Svein-Erik Hamran, Tor Berger, David Paige, University of Oslo, UCLA, California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory, NASA
Трехмерная проекция строения подповерхностных слоев кратера Езеро в районе ущелья Хоксбилл, построенная на основе радарограмм. Слои, сильнее отражающие радарный сигнал, более темные. Расстояния по вертикали преувеличены / © Svein-Erik Hamran, Tor Berger, David Paige, University of Oslo, UCLA, California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory, NASA
Трехмерная проекция строения подповерхностных слоев кратера Езеро в районе ущелья Хоксбилл, построенная на основе радарограмм. Слои, сильнее отражающие радарный сигнал, более темные. Расстояния по вертикали преувеличены / © Svein-Erik Hamran, Tor Berger, David Paige, University of Oslo, UCLA, California Institute of Technology Jet Propulsion Laboratory, NASA
История кратера Езеро
Ранее по геологическим данным было известно, что кратер образовался примерно 3,9 миллиарда лет назад, в середине нойского периода. Его дно сложено в основном вулканическими породами возрастом от 3,9 до 3,8 миллиарда лет. А осадочные отложения дельты сформировались 3,75-3,5 миллиарда лет назад, в поздненойско-раннегесперийское время.
Модель, построенная на основе радарограмм, добавляет много новых деталей. Прежде всего оказалось, что озерные отложения залегают на вулканических породах с несогласием. Это значит, что кратер не сразу заполнился водой, некоторое время был сухим, а породы его основания подвергались эрозии и ударному воздействию космических тел: на дне обнаружили множество мелких ударных кратеров.
Затем образовалось озеро, и на его дне начали отлагаться осадки. В базальной (самой нижней) части озерных отложений слои строго горизонтальные. Это говорит о том, что седиментация на начальном этапе протекала в обстановке обширного спокойного водоема. Постепенно уровень озера повышался. Вместе с ним росла высота конуса речных наносов — дельтовых отложений в его западной части, в месте впадения реки.
Затем наступил сухой период. Воды в озере становилось все меньше, а спокойное течение реки сменилось эпизодическими бурными потоками. На это указывает наличие множества валунов в недифференцированных осадках верхней части дельтовых отложений. Затем озеро пересохло и начался второй этап эрозии. В это время образовались скальные останцы типа мыса Нукшак и глубокие промоины типа ущелья Хоксбилл.
Более поздние события геологической истории бывшего озера связаны в основном с продолжающимся падением космических тел, оставивших небольшие ударные воронки по всей площади кратера, включая дельтовые отложения.
Схематическая реконструкция истории формирования кратера Езеро. Участок георадарной съемки обозначен прямоугольником / CC BY 4.0 / David A. Paige et al. / Science Advances, 2024 /
В поисках следов жизни
Авторы отмечают, что геофизические данные в целом подтвердили представления о геологической истории кратера Езеро, сформированные на основе дистанционных наблюдений. Они также опровергли альтернативные гипотезы, предполагавшие, например, что некоторые пирокластические (вулканогенно-обломочные) или озерные отложения могут быть моложе пород дельты. Результаты георадарного профилирования однозначно указывают на последовательность образования сначала вулканических, потом осадочных озерных, а затем поверх всех остальных — дельтовых пород.
По словам авторов, главным стало доказательство того, что на протяжении многих тысячелетий в кратере Езеро действительно существовало озеро. Значит, в местных осадочных породах есть шанс обнаружить следы жизни. Но для этого нужно сперва получить реальные образцы.
Perseverance уже собрал 23 из запланированных 38 образцов пород. По окончании работ он оставит их в определенном месте на поверхности Марса. А на Землю их доставит специальная миссия, которую сейчас готовят НАСА и ЕКА. Произойдет это не раньше 2030-го. Только после того, как ученые получат материалы и проведут необходимые анализы, можно будет говорить о том, есть ли следы жизни в породах, слагающих дно древнего озера.
Так в представлении художника выглядели озеро в кратере Езеро и впадающая в него река приблизительно три миллиарда лет назад / © NASA/JPL-Caltech
Владислав Стрекопытов
