Новый анализ наблюдений за северной полярной областью Марса заставил ученых пересмотреть представления о составе водяного льда. Выяснилось, что прежние модели заметно искажали одну из его главных характеристик. С учетом этого, местный лед потенциально может быть куда полезнее для персонала будущих марсианских баз.
Северная полярная область Красной планеты хранит крупнейшие запасы водяного льда. Летом сезонная шапка из углекислого газа исчезает, обнажая постоянный ледяной слой. Под ним лежит почти полуторакилометровая толща слоистых отложений, в которой сохранилась история недавних климатических изменений планеты. По соотношению льда и пыли в этих слоях исследователи пытаются понять, как менялись условия на Марсе и как вода перемещалась между полюсами и более низкими широтами.
Пари Мохан (Pari Mohan) из Эдинбургского университета (Шотландия) и Адитья Кхуллер (Aditya R. Khuller) из Вашингтонского университета (США) заново проанализировали спектральные наблюдения северной полярной области, кратеров Королева (Korolev) и Лаут (Louth), каньона Хасма Бореале (Chasma Boreale) и места посадки аппарата Phoenix. Для этого они использовали данные приборов OMEGA (на Mars Express) и CRISM (на MRO), измерения Phoenix и модель переноса излучения, учитывающую послойное строение льда.
Результат оказался неожиданным: открытый водяной лед в изученных районах, как правило, содержит менее трех процентов пыли по массе. Максимальная оценка в новой модели составила примерно 2,2 процента. При этом в прежних работах значения для некоторых участков достигали 25 процентов.
Особенно заметна разница для кратера Королева. По более ранним расчетам, один из наблюдавшихся там участков мог содержать около 22 процентов пыли. Новая модель дает для верхнего слоя примерно 0,4 процента, а для лежавшего ниже крупнозернистого льда — 0,02 процента.
Интересно, что расхождение связано не с новыми наблюдениями, а с тем, как из спектра восстанавливают свойства поверхности. Яркость льда зависит одновременно от размера ледяных зерен, размера частиц пыли, их концентрации и расположения слоев.
В расчетах ученые использовали радиус пылинок около 1,6 микрометра — такой размер соответствует наблюдениям с орбиты и с поверхности Марса. Более мелкие частицы сильнее влияют на отражение видимого света, поэтому для воспроизведения наблюдаемой яркости льда их требуется меньше.
Новые значения лучше согласуются с радарными данными о северной ледяной толще. Мохан и Кхуллер предположили, что сравнительно чистые пласты с 0,05–0,5 процента пыли чередуются с более грязными «маркерными» слоями, где доля пыли достигает десятков процентов. Такая структура может объяснить и свойства поверхности, и среднее содержание примесей, полученное радарами.
Исследователи также объяснили сезонные изменения яркости полярного льда. Весной и в начале лета его покрывает тонкий слой мелкозернистого инея с примерно одним-двумя процентами пыли. По мере потепления иней сублимирует и обнажает более крупнозернистый и чистый лед. Похожий процесс происходит в кратере Королева, но там переход начинается раньше из-за различий в широте и местном микроклимате.
Таким образом, сезонные изменения спектра можно объяснить осаждением и исчезновением тонких слоев инея. Уточненные оценки помогут точнее моделировать энергетический баланс полярных областей, устойчивость льда и климатическую эволюцию Марса.
Результаты научной работы опубликованы в журнале npj Space Exploration.
Автор: Любовь Соковикова