Современный Марс представляет собой замерзшую пустыню, более холодную и засушливую, чем Антарктида, и ученые совершенно уверены, что так было по крайней мере последние 3 миллиарда лет. Это делает обширную сеть вырезанных водой долин на склонах ударного кратера под названием Лиот, который образовался где-то между 1,5 и 3 миллиардами лет назад, чем-то вроде марсианской загадки. Откуда взялась вода непонятно.
Теперь группа исследователей из Университета Брауна предложила то, что они считают наиболее правдоподобным объяснением того, как сформировались сети долины Лио. Они пришли к выводу, что во время удара Лиота этот регион, вероятно, был покрыт толстым слоем льда. Гигантский удар, сформировавший 225-километровый кратер, выбросил тонны раскаленной скалы на ледяной слой, расплавив его настолько, что образовались неглубокие долины.
Основываясь на вероятном местонахождении ледяных отложений в этот период истории Марса и количестве талой воды, которое могло образоваться в результате высадки выброса Лиота на ледяной щит, мы считаем, что это наиболее правдоподобный сценарий для формирование этих долин», - сказал Дэвид Вайс, недавний доктор философии. выпускник Брауна и ведущий автор исследования.
Вайс был соавтором исследования, которое опубликовано в Geophysical Research Letters, вместе с советником и профессором планетологии Брауна Джимом Хэдом, а также сокурсниками Эшли Палумбо и Джеймсом Кассанелли.
Есть множество свидетельств того, что когда-то на поверхности Марса текла вода. Сети вырезанных водой долин, подобные тем, что были в Лиоте, были обнаружены в нескольких местах. Есть также свидетельства существования древних озерных систем, таких как кратер Гейл, который в настоящее время исследует марсоход НАСА Curiosity, и кратер Джезеро, где может приземлиться следующий марсоход..
Большинство из этих связанных с водой особенностей поверхности, однако, восходят к очень раннему периоду истории Марса - к эпохам, известным как Ноах и Геспериан, которые закончились около 4 миллиардов и 3 миллиардов лет назад соответственно. Примерно 3 миллиарда лет назад и по настоящее время Марс находился в сухом периоде, называемом амазонским..
Сети долин в Лиоте, таким образом, являются редким примером недавней активности поверхностных вод. Ученые датируют сам кратер Амазонкой, и сети долин, по-видимому, образовались примерно в то же время или вскоре после удара. Итак, вопрос: откуда взялась вся эта вода во времена засушливой Амазонки?
Ученые выдвинули ряд возможных объяснений, и исследователи из Брауна приступили к изучению нескольких основных из них.
Одним из таких возможных объяснений, например, является то, что, когда произошло падение Лиота, мог быть огромный резервуар грунтовых вод. Эта вода, выделившаяся при ударе, могла вытечь на поверхность по периферии кратера и прорезать долины. Но, основываясь на геологических данных, исследователи говорят, что такой сценарий маловероятен
«Если бы они образовались в результате глубокого сброса грунтовых вод, эта вода также попала бы в сам кратер», - сказал Вайс. «Мы не видим никаких доказательств того, что внутри кратера была вода».
Исследователи также рассмотрели возможность временных атмосферных эффектов после удара Лио. Столкновение такого размера испарило бы тонны горных пород, подняв в воздух шлейф пара. Поскольку этот горячий шлейф взаимодействовал с холодной атмосферой, он мог вызвать дожди, которые, по мнению некоторых ученых, могли образовать долины.
Но и это маловероятно, заключили исследователи. Любой дождь, связанный с шлейфом, должен был выпасть после того, как каменный выброс отложился за пределами кратера. Таким образом, если дождевая вода вырезала долины, можно было бы ожидать увидеть долины, прорезающие слой выброса. Но долин непосредственно на лиотском выбросе почти нет. Скорее, Палумбо сказал: «Подавляющее большинство долин, кажется, выходит из-под выброса на его внешней периферии, что ставит под сомнение сценарий дождевой воды».
Это оставило исследователей с идеей, что талая вода, образовавшаяся при взаимодействии горячих выбросов с ледяной поверхностью, вырезала долины Лиота.
Согласно моделям климатической истории Марса, лед, который в настоящее время находится в основном на полюсах планеты, часто мигрировал в регионы средних широт, где находится Лиот. И есть свидетельства того, что во время удара в регионе действительно существовал ледяной щит.
Некоторые из этих свидетельств связаны с нехваткой вторичных кратеров в Лиоте. Вторичные кратеры образуются, когда большие куски породы, выброшенные в воздух во время сильного удара, падают обратно на поверхность, оставляя небольшое количество маленьких кратеров, окружающих основной кратер. Исследователи говорят, что в Лиоте гораздо меньше вторичных кратеров, чем можно было бы ожидать. Они предполагают, что причина этого заключается в том, что вместо того, чтобы приземлиться прямо на поверхность, выбросы из Лиота приземлились на толстый слой льда, который не позволил им пропахать поверхность подо льдом. Судя по рельефу местности на северной стороне Лиота, команда подсчитала, что толщина слоя льда могла составлять от 20 до 300 метров.
Столкновение с Лиотом выплеснуло бы тонны камней на этот слой льда, некоторые из которых были бы нагреты до 250 градусов по Фаренгейту или более. Используя тепловую модель этого процесса, исследователи подсчитали, что взаимодействие между этими горячими камнями и поверхностным ледяным щитом привело бы к образованию тысяч кубических километров талой воды - достаточно легко, чтобы вырезать долину, наблюдаемую в Лиоте.
«Это показывает способ получения большого количества жидкой воды на Марсе без необходимости нагревания атмосферы и каких-либо жидких грунтовых вод», - сказал Кассанелли. «Поэтому мы думаем, что это хорошее объяснение того, как эти каналы формируются в бассейне Амазонки».
И вполне возможно, говорит Хед, что тот же самый механизм мог иметь важное значение до появления амазонок. Некоторые ученые считают, что даже в ранненоевскую и гесперианскую эпохи Марс был еще довольно холодным и ледяным. Если бы это было так, то этот механизм талой воды мог быть также ответственен, по крайней мере, за некоторые из более древних сетей долин на Марсе.
"Это, безусловно, возможность, которую стоит изучить", - сказал Хед.