Как найти воду на марсе

В 2018 году планетологи обнаружили на Марсе нечто, весьма похожее на огромное озеро жидкой воды. Теперь же исследователи нашли еще десятки подобных объектов. Похоже, что южная полярная шапка Красной планеты буквально усыпана водоемами. Если, конечно, необычный сигнал радара действительно порожден жидкой водой.

Вода в глубине

По мнению многих специалистов, на Марсе когда-то плескался океан, были реки и озера. И по сей день на Марсе хватает воды, но только в виде льда. Дело в том, что сегодня средняя температура поверхности планеты равна минус 63°С. Лишь вблизи экватора она иногда поднимается выше нуля. Тогда содержащийся в грунте лед может растаять. Но не стоить искать на Марсе лужи талой воды: при атмосферном давлении в 0,6% земного влага быстро обращается в пар. На сухой и пыльной поверхности планеты нет и не может быть водной глади.

Но три года назад СМИ взорвались заголовками: на Марсе обнаружено озеро! Правда, не на поверхности, а под полуторакилометровым слоем льда. Гипотетический водоем диаметром около 20 км и глубиной не менее метра был обнаружен вблизи Южного полюса Марса в районе, известном как Ultimi Scopuli.

На космических задворках: есть ли жизнь на краю Галактики

Марс — самая подходящая планета для поиска внеземной жизни. И обнаружение там жидкой воды — событие, безусловно, волнующее. Но как ученые сделали это открытие и насколько они уверены в своих выводах?

Разумеется, никто не бурил на планете скважину глубиной 1,5 км. Интригующие данные были получены радаром MARSIS с борта Mars Express — искусственного спутника Марса, принадлежащего Европейскому космическому агентству. Этот прибор работает так же, как любой другой радар: посылает к объекту исследования радиоволны и принимает отраженный сигнал.

Южная полярная шапка Марса сложена из водяного льда, углекислого («сухого») льда и минеральной пыли. Радиоволны проникают в нее на некоторую глубину, так что можно строить трехмерную карту ее ледяных недр. Но чем глубже находится тот или иной слой, тем слабее отраженное от него излучение. Это естественно, ведь радиоволны частично поглощаются толщей льда, через которую проходят дважды: по пути от антенны до отражающего слоя и обратно. Поэтому самый ясный и отчетливый сигнал радар получает с поверхности полярной шапки.

Однако авторы нашумевшего исследования обнаружили нечто странное. Сигнал, отраженный от некого объекта на глубине 1,5 км, был интенсивнее, чем с поверхности! Исследователи предположили, что здесь присутствует какое-то вещество, отражающее радиоволны лучше, чем лед. Какое же? Напрашивалась гипотеза, что это жидкая вода. Тем более что подледные озера есть и на Земле. Специалисты посчитали и убедились: отражательная способность воды прекрасно объясняет свойства сигнала.

Жар сомнений

Авторы открытия не претендовали на то, что существование подледного озера — доказанный факт. Они лишь утверждали, что это самая убедительная интерпретация данных. Ученые вообще, как правило, очень осторожны в выводах, и лишь в пересказах СМИ те приобретают сенсационную категоричность.

Между тем «озерная» гипотеза, при всей ее привлекательности, вызывает очевидный вопрос: почему вода не замерзла? Да, подледные водоемы есть в Антарктиде и Арктике, но на полюсах Марса гораздо холоднее. В 2019 году независимая научная группа подсчитала, что даже при самых больших концентрациях природных солей гипотетическое озеро неминуемо замерзло бы без дополнительного источника тепла. Либо это вообще не водоем, заключили ученые, либо его подогревает некая «печка». Таким обогревателем мог бы быть подземный очаг жидкой магмы, вдвое увеличивающий тепловой поток из недр Марса.

Вторые на Марсе: что означает отправка Китаем миссии на Красную планету

Но существуют ли на планете магматические очаги прямо под поверхностью? Подобное открытие стало бы не меньшей сенсацией, чем обнаружение воды. Самые свежие следы вулканизма на Марсе имеют возраст 2,5 млн лет. Правда, совсем недавно ученые зафиксировали на поверхности планеты интригующую деталь, которая может оказаться следами недавнего (50 000–200 000 лет назад) извержения. Но говорить об этом как о факте определенно еще рано.

А в 2020 году исследовательская группа, включающая многих авторов первоначального открытия, сообщила об обнаружении еще нескольких «озер» поблизости от первого. Они были открыты с помощью все того же радара MARSIS. Правда, авторы использовали новые алгоритмы обработки данных, которые обычно применяются для исследования земных ледников.

Этот результат вдохновляет, но и озадачивает. Если это все-таки вода, почему она не замерзает? Неужели подогревающий ее гипотетический очаг магмы так велик, что его хватает на несколько озер, пусть и расположенных близко друг к другу? А если не вода, то что же это?

[[{«fid»:»393647″,»view_mode»:»default»,»fields»:{«format»:»default»,»alignment»:»»,»field_file_image_alt_text[und][0][value]»:»Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения»,»field_file_image_title_text[und][0][value]»:»ESA / NASA / JPL-Caltech»,»external_url»:»»},»type»:»media»,»field_deltas»:{«3»:{«format»:»default»,»alignment»:»»,»field_file_image_alt_text[und][0][value]»:»Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения»,»field_file_image_title_text[und][0][value]»:»ESA / NASA / JPL-Caltech»,»external_url»:»»}},»attributes»:{«alt»:»Цветные точки представляют собой места, где орбитальный аппарат Mars Express ЕКА зафиксировал яркие радарные отражения»,»title»:»ESA / NASA / JPL-Caltech»,»class»:»media-element file-default»,»data-delta»:»3″}}]]
Планета озер?

И вот недавно Адитья Хуллер и Джеффри Плот из Лаборатории реактивного движения НАСА предприняли новое исследование. Они составили трехмерную карту южнополярных слоистых отложений. Этот геологический регион включает и район Ultimi Scopuli, где были обнаружены предполагаемые озера. Эти отложения хранят климатическую историю Марса за миллионы лет, так что у ученых есть причины интересоваться ими и помимо «водного вопроса». Заметим, что ни Хуллер, ни Плот не участвовали в открытии нашумевших «озер».

Дуэт планетологов обработал данные, накопленные прибором MARSIS с 2005 года. За это время Mars Express совершил более 15 000 витков вокруг Марса, и на протяжении более чем 2 000 оборотов радар сканировал упомянутые отложения. Это позволило составить их карту с разрешением 1,5 км по горизонтали и 50 м по глубине.

Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной

На свежей карте авторы обнаружили десятки «подледных озер», аналогичных тому, что произвело сенсацию в 2018 году. Оказалось, что они разбросаны по всему району южнополярных слоистых отложений, куда более обширному, чем Ultimi Scopuli, и занимающему 1,6 млн кубических километров льда. Эти результаты были изложены в научной статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

«Мы не уверены, являются ли эти сигналы [признаками наличия] жидкой воды или нет, но они, по-видимому, гораздо более распространены, чем те, что были обнаружены в исходной статье, — констатирует Плот. — Либо жидкая вода обычна под южным полюсом Марса, либо эти сигналы указывают на что-то еще».

Искатель жизни: чем уникальна новая марсианская миссия

Пока планетологам была известна лишь тесная группа «озер» в районе Ultimi Scopuli, еще можно было предположить, что они согреваются подземным теплом. Но гипотеза, что под южной полярной шапкой Марса разбросаны десятки магматических очагов, выглядит уж слишком смело. При этом многие из «водоемов», обнаруженных Хуллером и Плотом, находятся под менее толстым слоем льда, чем обнаруженное в 2018 году «озеро». Значит, они должны быть еще холоднее, и объяснить наличие в них жидкой воды еще труднее.

Похоже, что мы не знаем о Марсе чего-то важного. Возможно, там по каким-то причинам остается жидкой вода, которой положено замерзнуть. Или же вблизи южного полюса планеты есть что-то еще, что выглядит как вода на радарных изображениях. В таком случае весьма интересно было бы выяснить, что же это такое. Ответить на этот вопрос помогут только новые исследования.

Мнение редакции может не совпадать с позицией автора

Звездный путь: кто из миллиардеров побывал в космосе или отправится туда в ближайшее время

Два года назад исследователи сообщили об открытии Большого Соленого озера подо льдом на Южном полюсе Марса. Это открытие, однако, было встречено с волнением и некоторым скептицизмом. Теперь же ученые подтвердили наличие на Красной планете озера и, более того, нашли еще три. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, указывает на то, что вблизи Южного полюса действительно существует погребенный резервуар сверхсоленой жидкой воды. Авторы научной работы полагают, что такое озеро значительно повышает вероятность существования на Красной планете собственной микроскопической жизни. Результаты исследования показали, что подземное «озеро» жидкой воды скопилось под замерзшими слоями осадочных пород — сродни подледным озерам, обнаруженным под антарктическим и Гренландским ледяными щитами здесь, на Земле. Так как земные подледные озера изобилуют бактериальной жизнью, ученые всерьез полагают, что подобная жизнь могла бы выжить в жидких резервуарах воды на Марсе.

Вода на Марсе

На одном из полюсов Красной планеты итальянские исследователи обнаружили систему из четырех озер с жидкой водой, которые находятся под поверхностью Марса. Новое исследование о наличии жидкой воды на Красной планете близ Южного полюса появилось всего через несколько недель после того, как ученые сообщили об обнаружении потенциальных признаков жизни в облаках Венеры. Подробнее о том, могут ли микроорганизмы существовать в атмосфере самой горячей планеты Солнечной системы читайте в нашем материале.

Считается, что Марс – абсолютно сухая планета, но влага в его атмосфере замерзает во время марсианских зим в виде льда, образуя те самые ледяные шапки на Северном и Южном полюсах планеты. Если выводы нового исследования подтвердятся и на Марсе впервые будет обнаружена жидкая вода, это окажет огромное влияние на поиски внеземной жизни.

Жидкая вода является ключевым ингредиентом для жизни, как мы ее знаем, хотя нельзя исключить существование экзотических химических веществ на основе углеводородов или углекислого газа.

Соленые озера на Марсе

Как известно, на поверхности Марса низкое давление, которое возникает из-за отсутствия на планете плотной атмосферы. Этот факт делает существование жидкой воды на поверхности Красной планеты невозможным. Но ученые уже давно считают, что под поверхностью Марса может находиться вода – возможно, миллиарды лет назад на Красной планете были озера и моря. Если такие резервуары существуют, то они могут стать потенциальной средой обитания для марсианской жизни. На Земле жизнь способна выжить в подледных озерах в таких местах, как Антарктида.

Чтобы определить, действительно ли в недрах Марса существует подземная система озер, исследователи использовали радиолокационный прибор на аппарате Mars Express под названием Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS) для зондирования южной полярной области планеты. MARSIS посылает радиоволны, которые отражаются от слоев материала на поверхности и под поверхностью планеты. То, как сигнал отражается, указывает на вид материала, который присутствует в определенном месте — камень, лед или вода, например. Аналогичный метод используется для выявления подповерхностных ледниковых озер на Земле.

В ходе работы исследователи применили новую технику к данным наблюдений, которые были использованы для поиска озер под антарктическим ледяным щитом, а также технологии, использованные в исследовании 2018 года. Как пишет Nature, оба метода указывают на то, что в регионе существует «лоскутное одеяло» из погребенных резервуаров жидкости — большой резервуар около 24 километров диаметром, окруженный несколькими меньшими (до 9 км) участками. На данный момент ученые не могут с уверенностью сказать насколько глубоки обнаруженные резервуары, но их примерное начало можно обнаружить примерно в полутора метрах под поверхностью.

И хотя радар не показывает из чего состоят обнаруженные озера, они, вероятно, являются «гиперсалиновыми» растворами — водой, насыщенной перхлоратными солями кальция, магния, натрия и калия — которые сохраняют их жидкими при температуре минус 90 градусов по Фаренгейту и ниже.

Еще больше увлекательных статей о нашей удивительной Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Горячие дебаты

Однако наличие самих марсианских озер до сих пор обсуждается. После открытия 2018 года исследователи обсуждают такие проблемы, как отсутствие достаточного источника тепла для превращения льда в воду. И хотя последнее открытие подтверждает наблюдения 2018 года и включает в себя гораздо больше данных, не все убеждены, что выявленные регионы являются жидкой водой.

Так, планетолог Джек Холт из Аризонского университета считает, что Марс, вероятно, слишком холоден, чтобы даже гиперсалинная вода существовала там в виде жидкости, и что если бы это было так, то жидкая вода также существовала бы в регионах, которые выглядели бы одинаково на радарных картах. Холт работает с радаром на орбитальном аппарате Mars Reconnaissance Orbiter, который не обнаружил никаких признаков жидкой воды и считает, что «на Марсе недостаточно теплового потока, чтобы поддерживать рассол, даже под ледяной шапкой.»

Как думаете, действительно ли на Марсе есть жидкая вода? Ответ будем ждать в комментариях к этой статье а также в нашем Telegram-чате

Стив Клиффорд из Института планетологии, который не принимал участия в исследовании, согласен с тем, что подземный водоем является наиболее правдоподобным объяснением радиолокационных наблюдений космического аппарата Mars Express, но утверждает, что вода может быть не такой холодной или соленой, как предполагают исследователи. Клиффорд полагает, что подземная жидкость могла появиться благодаря теплу, поступающему из горячих недр планеты, плавя ледяные отложения таким же образом, как геотермальное тепло плавит основание Антарктического ледяного щита в некоторых регионах нашей планеты.

Точные ответы на огромное количество вопросов о марсианской системе подземных озер, возможно, сможет найти китайская миссия, которая уже находится на пути к Красной планете. Напомним, что миссия «Тяньвэнь-1» выйдет на орбиту в феврале 2021 года и помимо развертывания марсохода на поверхности, орбитальный аппарат будет оснащен набором научных инструментов. К ним относится радиолокационное оборудование, которое может быть использовано для проведения аналогичных наблюдений. Ну что ж, будем ждать!

НАСА недавно объявило о наличии жидкой воды на Марсе. Звучит здорово! Но она насыщена солью, называемой перхлоратами, которые являются, токсичны для людей и растений. Так что это значит для тех, кто хочет заселить Марс? Как мы можем жить на Марсе, если не можем пить местную воду?

Сколько воды нам нужно в день?

На Земле человеку обычно нужно выпивать около половины галлона (2 литра) в день, что эквивалентно 8 стаканам. Активным людям нужно еще больше. Возможно целый галлон в день. Это только то, что нам нужно пить. Кроме того, нам также нужна вода для других вещей, таких как мытье и сельское хозяйство.
На международной космической станции ограничивают потребление воды всего 3 галлонами или 11 литрами в день. Посредством утилизации (да – они пьют свою мочу) МКС может поддерживать достаточное количество воды на некоторое время, но все же ее необходимо периодически пополнять.

Поселенцам на Марсе потребуется более 11 литров в день. Физическая активность, стирка, сельское хозяйство – потребности в чистой воде на Марсе много. Даже если принимать во внимание рециркуляцию воды, то мы будем терять 20% и их нужно как то пополнять.

Таким образом, для населенного пункта, в 1000 человек, 20 литров в день, означает, что колония будет нуждаться в 20 000 литров новой воды каждый день.

Поэтому возникает вопрос: как мы можем получить воду, чтобы выжить?

Привести с собой

Доставить достаточно воды с Земли на Марс для 1000 поселенцев не представляется возможным, что, если бы мы принесли только один из элементов – водород? Объединив его с СО 2 будет достаточно легко превратить водород в воду, верно?

В основном это выглядит так: возьмите углекислый газ из атмосферы Марса, соедините его с водородом, и получите метан (СН 4) и воду, согласно реакции:

CO2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O

По сути, с помощью небольшого количества дополнительного водорода, привезенного с Земли, можно производить много метана и воды. По крайней мере, достаточного количества топлива, чтобы вернуться на Землю, но будет ли достаточно производство воды для поддержания колонии?

Вес воды, составляет около 11% водорода и 89% кислорода. Это означает, что в 1 литре, будет около 111 граммов водорода. Если мы оценим потребность в 11 литров, необходимых на человека в день, это равносильно 11 кг воды или 1,221 кг водорода – без какой-либо переработки.

Предположим мы привезли дополнительно 8 метрических тонн водорода (8000 кг) с Земли, это даст только около 72 000 литров воды.

При повторном использовании вода может растянуться на некоторое время, но для поселения из 1000 человек это будет всего несколько дней.

Таким образом, получение воды с использованием водорода может работать недолго – для нескольких человек. Для длительного проживания – как, скажем, постоянного – нам нужно что-то другое.

Нам нужно использовать ту воду, которая уже есть на Марсе.

Извлечение из почвы

Вода на Марсе содержится в марсианской почве в виде льдинок. Мы знали это со времен викингов.

Лендеры Викингов проверили образцы поверхности почвы, нагревая их до 500 o C, и обнаружили, что они выбрасывают в воду около 1% своего веса. Многие полагают, что эти тесты были неточными, и что количество воды, в среднем, в почве составляет около 4%.

В некоторых районах оно может достигать 20% и более.

Тогда возникает вопрос – как можно ее получить?

Метод состоит в том, чтобы просто собрать насыщенные почвы и затем нагреть их до 500 o C, после чего вода отделится от почвы и выйдет в виде пара. Пар может быть собран и сконденсирован в чистую опресненную воду. После конденсации пар не содержит соли (перхлораты).

Второй очень распространенный метод опреснения воды на Земле. Это проталкивание ее через тонкую мембрану для получения пресной воды. В мембране есть отверстия – достаточно маленькие, чтобы не пропустить соль или грязь, но достаточно большие, чтобы пропустить воду. Вредные вещества накапливаются на одной стороне мембраны, а чистая вода проходит насквозь.

Однако есть несколько проблем с этим процессом.

• Во-первых, хотя он очень хорош для фильтрации соли, он дает лишь небольшую струйку пресной воды, что может быть хорошо для небольшого поселения на Марсе, но было бы лучше иметь способ, позволяющий производить больше чистой воды.
• Во-вторых, этот процесс использует тонкую мембрану. Эту мембрану нужно будет периодически заменять. И получение запасных частей на Марсе будет проблемой. Мы не можем просто позвонить ремонтникам или отправить новую деталь.

Таким образом, самый простой способ получения чистой воды на Марсе может состоять в том, чтобы просто собрать насыщенную почву и нагреть ее, чтобы удалить соли.

Извлечь из марсианских ледяных шапок

На Марсе тонны водяного льда в полярных шапках. Одна северная ледяная шапка имеет протяженность 1000 км (621 миль) и содержит около 1,6 млн куб. Км льда. Сравните это с ледяным щитом Гренландии, который имеет около 2,85 миллиона кубических километров льда.

По оценкам, южная ледяная шапка имеет примерно такой же объем воды, но ледяная шапка здесь покрыта сухим льдом (замороженным углекислым газом) в 3-4 раза больше, чем северная ледяная шапка, и добраться до нее гораздо труднее.

Кроме того, сухой лед на севере полностью исчезает (сублимируется) летом, оставляя чистый пресноводный лед – готовый к уборке. Эта часть шапки называется северной остаточной шапкой и считается, что ее толщина достигает трех километров.

Одним из решений было бы просто построить поселения достаточно близко, чтобы лед мог быть добыт и отправлен в колонию для обработки например рядом с кратером Королев.

И хотя анализ шапок показывает большое количество воды, ее все же необходимо опреснить, как при процессах извлечения почвы.

Так что – получение жизненно необходимой жидкости не должно быть слишком большой проблемой. Это значит, что первые люди на Марсе будут иметь одну основную задачу найти источник, достаточный для поселения. А это значит, что сначала им не нужно будет делать свою воду на Марсе. Им придется принести ее с собой и максимально расширить ее использование.

Переработка с замкнутым циклом

Более двадцати лет НАСА занимается исследованиями технологий жизнеобеспечения в космосе. Конечная цель – создать полностью «замкнутую» систему. Это означает создание системы, которая может полностью перерабатывать воздух, воду и человеческие отходы в закрытой среде.

Поселение Марса определенно будет закрытой средой.

Не было разработано ни одной системы, которая была бы эффективна на 100%.

В настоящее время система развернута на МКС которая имеет эффективность на 80%, что означает, что такие элементы, как кислород, продукты питания и вода должны периодически заменяться. Это все еще довольно хорошо!

Мы сейчас не смотрим на всю систему. Для наших целей давайте просто посмотрим на часть, которая перерабатывает воду.

Система регенерации – 80% воды, используемой в МКС, перерабатывается, включает в себя собственную мочу космонавтов. Это может показаться не очень привлекательным, но оно сводит к минимуму потребность в пополнении запасов – имеющие решающее значение для заселения Марса.

Что все это будет означать для жизни на Марсе? Недавнее обнаружение водяного льда является захватывающим и перспективным способом снабжения марсианских поселений водой, в которой они будут нуждаться. Но марсианская вода очень токсична для человека и потребует небольшой обработки, прежде чем ее можно будет безопасно пить. И хотя полярные ледяные шапки содержат много водяного льда, нам необходимо разработать и протестировать способы сбора и ее очистки. Ну, а до тех пор искусственных систем жизнеобеспечения должно хватить на поддержание жизни.

Пригодилась информация? Плюсани в социалки!

• Проект Mars One успех или провал?
• Возможна ли жизнь на Марсе в 3D домах: последние исследовательские проекты и разработки
• Илон Маск и компания SpaceX делает шаг — полет человека на Марс

Скопление ценного ресурса в низких широтах открывает перспективы для потенциальных экспедиций.

Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) в рамках программы «ЭкзоМарс» Европейского космического агентства и «Роскосмоса» обнаружил обширные запасы воды в долинах Маринера — самом большом известном каньоне в Солнечной системе.

Открытие удалось совершить благодаря детектору эпитепловых нейтронов FREND, который анализирует содержание водорода в слое марсианского грунта на глубине до одного метра.

Ранее астрономы уже находили воду на Марсе, но преимущественно в холодных полярных регионах и в виде льда. Система каньонов же простирается на более чем 4000 километров вдоль экватора планеты.

По словам ведущего научного сотрудника Игоря Митрофанова, молекулы воды составляют около 40% от приповерхностых пород в зоне «Кандор Хаос», а глубже могут находиться богатые «оазисы».

Учёным ещё предстоит определить точный состав и форму воды, но сам факт скопления ценного ресурса в низких широтах открывает новые перспективы для исследований и экспедиций.

Зонд TGO находится на орбите с 2016 года, а в 2022-м к научной миссии присоединятся европейский марсоход «Розалинда Франклин» и российская посадочная платформа «Казачок» — они будут выяснять, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе.