Рис. 6.4. (а) Карта части долины Маринера, составленная на основе данных, полученных с помощью марсианского орбитального лазерного высотомера (MOLA). Прямоугольником обозначен район, показанный ниже (б). 2. Кандор Чалма. 3. Офир Часма. 4. Мелас. Часма. 5. Долина Маринера, (б) Изображение центральной области долины площадью 300 километров на снимке, сделанном с борта космической станции «Марс-Экспресс»
Во время полетов межпланетных аппаратов между 1997 и 2005 годами было сделано множество снимков поверхности Марса с высоким разрешением. Так, например, рисунок 6.4а — это карта части протянувшийся на 4000 километров долины Маринера, лежащей к югу от экватора. Данная система каньонов — самая большая на Марсе в три раза длиннее и в четыре раза глубже Большого каньона в Северной Америке. Она начинается в горной области Марса на западе (на карте слева) и тянется на востоке до бассейна доходящего до низменности на севере. Когда климат был теплее, эта северная область, вероятно, была океаном. Рисунок 6.46 представляет собой изображение центральной области расселины шириной 300 километров (3 градуса— 13 градусов ю.ш., 284 градуса — 289 градусов в.д.) Дно каньона, видное на этой фотографии, лежит на 8 км ниже окружающего марсианского плато.
После подробного изучения снимков и изображений ущелий и долин на Марсе геологи, исследующие строение планет, пришли к единодушному мнению: эти особенности рельефа — результат действия наводнений. Пораженные этим, они никак не могли взять в толк, откуда взялась вода и как она могла течь по поверхности Марса, ведь при нынешних условиях она не может существовать на Красной планете в жидком состоянии. В среднем дневные температуры марсианским летом колеблются от —140 до 1-20 °C. Следовательно, вода на Красной планете должна была находиться в преимущественно в замерзшем состоянии. Смешивание льда с переносимыми ветром солями приводило к его таянию при минусовой температуре, а солнечная радиация, поглощаемая покрывающей его поверхность пылью, давала бы достаточно тепла, чтобы вызывать его таяние в минимальном количестве летним марсианским днем. Однако на вопросы, откуда взялось такое количество воды, проложившей каналы и каньоны, и то, как она могла сохраняться в жидком состоянии, проделывая путь в сотни километров через эти ущелья, космологи ответить были не в силах. Атмосферное давление на Марсе составляет всего 6 миллибар, менее 1 процента от давления на Земле. При столь низком давлении лед, нагреваясь, сублимирует, минуя жидкую фазу и сразу превращаясь в пар. Из-за быстрого процесса кипения, вследствие низкого давления, водная поверхность остывала и замерзала, что в итоге серьезно затрудняло бы ее движение.
В конце 70-х годов XX столетия было выдвинуто несколько теорий, объясняющих присутствие каналов на изображениях, полученных орбитальными аппаратами «Викинг-1» и «Викинг-2»: ударами ледяных комет о поверхность планеты; существованием в марсианских недрах благодаря геотермальному теплу воды в жидком состоянии, внезапно поднимающейся, как в артезианской скважине, к поверхности, либо таянием льда на поверхности в результате вулканической деятельности. Однако все эти объяснения крайне неправдоподобны, так как эти события не могли обеспечить необходимый объем воды или повторяться так часто, чтобы на поверхности Марса появились сотни наблюдаемых ныне каньонов и каналов.
Однако эта загадка легко решается, если принять во внимание два обстоятельства. Во-первых, поверхность Марса — это не безводная зона, как считалось раньше; она почти вся покрыта водой, только в виде ледяных щитов и вечной мерзлоты. Во-вторых, Солнце и Солнечная система не всегда были такими, как сейчас. Еще 10 000 — 16 000 лет назад наше дневное светило было гораздо ярче и активней, а Солнечная система находилась внутри кокона межзвездной пыли, «впрыснутой» проходящей сверхволной. Марс, как и Земля, получали тогда, по сравнению с сегодняшним днем, больше солнечного излучения вследствие как возросшего выделения тепла активным Солнцем, так и парникового эффекта, вызываемого вторгающейся пылью. Это должно было привести к размягчению верхнего слоя марсианской вечной мерзлоты и образованию озер под его поверхностью. Поверхностная температура поднималась бы особенно быстро, если бы Марс, как и Луна, находился внутри крупного скопления коронального газа.
Данная теория позволяет объяснить, почему так много каналов разбросано по поверхности Марса и почему особенно часто каньоны встречаются возле экватора, области с самой высокой солнечной радиацией. Ею можно было бы объяснить и наличие обширных, занимающих десятки тысяч квадратных километров зон водосбора, и то, что их истоки начинаются внезапно. Этой гипотезой можно было бы, в конце концов, объяснить, почему эти образовавшиеся в результате наводнений каналы столь относительно молоды (на это указывает то, что они проходят по более древней, изрытой кратерами поверхности, а на них самих нет кратеров).
Повышение температуры привело бы не только к таянию ледяных щитов и покровов вечной мерзлоты; в результате выброса в атмосферу большого количества водяного пара повысилось бы атмосферное давление — достаточно, чтобы талая вода сохранялась в жидком состоянии. Так, например, если с поверхности планеты надо было сублимировать или испарить, а затем сохранить в газообразном состоянии всего 1 метр льда, атмосферное давление должно было подняться примерно на 0,1 атмосферы. Вода в этом случае сохраняла бы свое жидкое состояние при температурах от точки замерзания до 65 °C. Более того, полосы тумана и облака, образовавшиеся при испарении воды, препятствуя охлаждению поверхности планеты в ночное время, привели бы к возникновению парникового эффекта. В результате повысилась бы температура планеты и уменьшилась бы разница между минимальной и максимальной дневной температурами. Более теплым климатом можно было бы объяснить существование на Марсе озерных террас и дельт. По мнению Ори и других, они могли бы образоваться только в том случае, если бы озера на поверхности Красной планеты просуществовали от 103 до 104 лет{127}.
Недавно, благодаря данным, полученные космическими аппаратами, было установлено, что озерный лед! глубина которого достигает своего максимума, трех километров, на северной полярной шапке, занимает район шириной около 1200 километров, то есть размером примерно с Гренландию. На снимках видно, что полярную шапку пересекают каньоны и впадины глубиной до одного километра. Это позволяет предположить, что данный сравнительно молодой щит полярного льда не столь давно пережил период таяния.
Анализ состава верхнего метрового слоя поверхности Марса, проведенный на расстоянии космическим аппаратом «Одиссей», показал, что планета покрыта слоем насыщенной воды вечной мерзлоты. Эти измерения позволяют предположить, что несколько первых сверху сантиметров — сухой грунт безо льда; затем идет слой толщиной в несколько сантиметров, где лед заполняет поры между частицами грунта; и, наконец, внизу лежит слой, очень насыщенный льдом. Верхние слои суше потому, что лед сублимировал в результате поверхностного нагрева почвы. Верхний слой пыли защищает лежащий ниже лед от дальнейшей сублимации. По оценкам исследователей, в областях между 55 градусами широты и обоими полюсами верхний метровый слой состоит — от 60 до почти 100 % — из речного льда; в областях же между 55 градусами широты и экватором верхний метровый слой сравнительно суше, содержание воды в нем в среднем, по весу, от 2 до 10 % (или, по объему, примерно от 5 до 35 %). Поскольку экваториальная область подвергается более сильному воздействию солнечной радиации, то здесь в верхнем слое грунта вода сублимирует быстрее, что и объясняет, почему он, по данным наблюдений, суше.
Содержание речного льда в вечной мерзлоте, лежащей ниже верхнего метрового слоя, не доступного прямому наблюдению, превышает, скорее всего, 75 % на всех широтах. Уильям Фельдман, один из исследователей проекта «Одиссей», считает, что толщина марсианской вечной мерзлоты колеблется от 1 метра до 1 километра или более{128}. Верхний предел оценки глубины, пожалуй, ближе к истине. В кратерах более 5 километров в диаметре наблюдались жидкие выбросы лавы, что указывает на присутствие воды либо речного льда в корке, состоящей из вечной мерзлоты до глубины, вероятно, 1 километра; ниже находится вода в жидком состоянии.
