Планетологи исследовали русла древних марсианских рек в области, называемой Землёй Ноя. По их форме и взаимному размещению установили, что это была устойчивая речная система на равнине, которая должна была существовать продолжительное время. Это означает, что марсианский климат был более влажным, чем предполагалось, а такие благоприятные периоды его истории скорее были длительными.
«Подтверждений» существования на древнем Марсе климата, значительно более мягкого и приспособленного даже для жизни, в настоящее время более чем достаточно. Планетологи исследуют разные аспекты геологического строения планеты, и в основном это минеральный состав (наличие в некоторых местах типично «водных» минералов) и строение рельефа, в частности, речные долины.
О том, что климат Марса раньше был мягче, вроде бы, уже договорились. Споры в основном идут о деталях. Здесь имеющиеся теории условно делятся на две группы. На одной стороне — модель, в которой тёплый и мягкий климат в ранней истории планеты доминировал, и условия для водной системы на поверхности существовали длительное время. К примеру, как на Земле. Второй взгляд предполагает, что Марс в основном оставался сухим и холодным, как сейчас, но кратковременно возникали вариации климата в благоприятную сторону — например, из-за изменения наклона оси планеты. И в такие короткие периоды могли возникать речные системы за счёт массового таяния ледяных шапок.
От этих времён остались только речные долины. Они видны с марсианских спутников, и можно строить разнообразные теории того, что они представляли собой. В новом исследовании планетологи рассмотрели данные геоморфологии малоисследованного региона под названием Земля Ноя (Noachis Terra) в южном полушарии.
Землю Ноя не изучали так тщательно по сравнению с более популярными областями планеты, возможно, потому что в ней содержится очень мало «речных» сетей — ветвящихся эрозионных структур, которые обычно рассматривают в контексте прошлых марсианских наводнений. Эта территория, таким образом, свидетельствовала больше в пользу теории «холодного и мокрого» Марса в прошлом. На обзорной карте рельефа на открывающей картинке она находится почти по центру южнее экватора.
Вместо поиска систем речных русел, то есть негативных форм рельефа, исследователи обратились к другим структурам, наоборот, поднятым над поверхностью. Речь идёт о протяжённых и извилистых хребтах — «флюидальных меандрирующих хребтах», Fluidal Sinuous Ridges (FSR), или инвертированных каналов. Контринтуитивно они также являются остатками русел, но формируются другим способом и свойственны другому типу рельефа.
В отличие от стоков, обусловленных перепадом высот, то есть рек, стекающих с предгорий, равнинные реки на Земле имеют другую геометрию. Основная их черта — они извиваются, формируя меандры — извилистые линии на местности. Очевидно, что такой тип структур — другая крайность по сравнению с горными реками с преимущественно прямым течением, которые в конце пути (перед впаданием в какой-либо крупный водоём) могут ветвиться, образуя дельты. В такой дельте в кратере Езеро сейчас и работает Perseverance. На Марсе для систем этого типа используется термин Valley networks («сеть каналов»), и они представляли основной интерес для планетологов, ищущих остатки былой обитаемости по формам рельефа. Но такие реки мало что говорят в пользу одной из двух гипотез — «тёплого и влажного» или «холодного, иногда мокрого» прошлого Марса. Наоборот, равнинные реки, в частности, разветвлённая система таких меандрирующих русел может свидетельствовать как раз о долгосрочной стабильности такой экосистемы. Меандрирующие реки на Земле постоянно (почти каждый сезон) меняют русло, образуя новые меандры и «теряя» старые, которые превращаются в характерные серповидные озёра — старицы, хорошо видные на топографических картах. В целом за время существования равнины формируется целая экосистема из таких остатков русел, которая тянется в ширину на десятки километров и которую легко идентифицировать на спутниковой съёмке. Поэтому и в марсианских областях, где мало сетей каналов, можно поискать равнинные речные структуры.
Образование флювиальных меандрирующих хребтов на месте бывших рек — особый геологический процесс, на Земле также геологам знакомый. Река несёт множество отложений, которые накапливаются в русле и постепенно цементируются, формируя осадочную горную породу. В некоторых условиях порода из таких наносов может стать твёрже и устойчивей, чем окружающие русло породы из-за разных физико-химических процессов под действием воды. Когда вода на Марсе исчезла, в силу вступили процессы эрозии, в основном под действием марсианского ветра. Они съедали мягкие породы вокруг русла, оставляя на месте русла извилистый хребет-останец. В геоморфологии такие структуры называются инвертированным рельефом (мы наблюдаем поднятие на том месте, где по логике должна быть яма, например, по руслу реки), отсюда название инвертированных каналов. На Земле такой механизм формирования у ледниковых структур — озов и камов в приполярных районах.
Для поиска флювиальных меандр в Земле Ноя астрономы использовали данные Mars Reconnaissance Orbiter. Также для исследования перепадов высот на Марсе имеется стандартный инструмент — данные орбитера Mars Global Surveyor, по которым искали структуры FSR.
В итоге в Земле Ноя обнаружили 15000 километров таких хребтов-инвертированных каналов. Часто они представляют собой изолированные сегменты, но есть целые системы, достигающие в длину сотни километров. Структуры широко распространены по Земле Ноя, и некоторые из них достигают десятков метров в высоту. Чтобы река нанесла столько отложений, речная долина с благоприятным климатом и осадками должна существовать геологически длительный период. Далее, распространение на такой широкой территории предполагает, что источником воды на широкой равнинной площади должны быть именно осадки, а не, скажем, эпизодические стоки с близлежащих гор.
Исследования показывают, что поверхностные воды могли устойчиво существовать в регионе Земли Ноя на протяжении Нойско-Гесперийского периода марсианской истории 3,7 миллиарда лет назад — периода, который характеризовался ключевыми геологическими и климатическими изменениями, собственно, началом переходом планеты в режим холодной пустыни. Подобные структуры нашли и в других областях Марса. Итак, если правы авторы, текучая вода на раннем Марсе была широко распространена по крайней мере в Землях Ноя (а может, и ещё где-нибудь), а её источником, как и на Земле, вполне могли быть обильные осадки — марсианские ливни.
Подготовка материала: Сергей Шапиро