Ученые выяснили, почему Марс красный

Марс долгое время называли Красной планетой, однако исследование, опубликованное во вторник в журнале Nature Communications и посвященное происхождению этой отличительной окраски, опровергает популярную теорию на сей счет. Если коротко, то, по новой версии, характерный цвет дает оксид железа ферригидрит, для образования которого нужна холодная вода, а не безводный гематит.

«Марс по-прежнему Красная планета, — заявил ведущий автор исследования Адомас Валантинас, научный сотрудник кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Брауна. — Просто наше понимание того, почему Марс красный, претерпело изменения» (цитата по CNN).

Ранее считалось, что красный цвет Марса обусловлен ржавыми железными минералами в пыли, покрывающей планету. В какой-то момент железо в породах на Марсе вступило в реакцию с водой или водой и кислородом в воздухе, образовав оксид железа — примерно так же, как ржавчина образуется на Земле. За миллиарды лет оксид железа распался на пыль и осел по всей планете после того, как его переместили марсианские ветра, которые до сих пор раскручивают пылевые вихри и мощные пылевые бури.

Предыдущие анализы оксида железа на Марсе, основанные только на наблюдениях с помощью космических аппаратов, не обнаружили никаких признаков воды, что привело исследователей к выводу, что оксид железа должен быть гематитом. Считалось, что сухой минерал, основной компонент железной руды, образовался в результате реакций с марсианской атмосферой в процессе, который происходил в течение миллиардов лет. Если это было так, гематит должен был образоваться позже в истории Марса, после того, как на его поверхности появились подозрения о наличии озер и рек.

Новое исследование, объединяющее данные из нескольких миссий и воспроизведенную марсианскую пыль, предполагает, что за красный оттенок может отвечать минерал, который образуется в присутствии холодной воды, а не гематит, что может изменить представление ученых о том, каким был Марс миллионы лет назад — и был ли он потенциально пригоден для жизни.

Новый анализ указывает на другой тип оксида железа, который содержит воду, называемый ферригидритом, который быстро образуется в холодной воде — и, вероятно, образовался на Марсе, когда вода все еще могла существовать на поверхности, прежде чем планета стала холоднее и более негостеприимной. Предыдущие исследования предполагали, что ферригидрит является возможной причиной красноты Марса, но новое исследование впервые объединило лабораторные методы с данными наблюдений, чтобы предоставить доказательства.

Ученые использовали данные, собранные орбитальным аппаратом Mars Express Европейского космического агентства и аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter, а также марсоходом NASA Mars Reconnaissance Orbiter и марсоходами Curiosity, Pathfinder и Opportunity.

Цветная камера CaSSIS орбитального аппарата Trace Gas Orbiter, также известная как система цветной и стереоскопической визуализации поверхности, выявила точный размер и состав частиц пыли на Марсе, что позволило исследователям создать собственную версию на Земле.

Ученые создали собственную марсианскую пыль в лаборатории, используя различные типы оксида железа. Пыль-реплика была пропущена через специализированную мельницу, чтобы создать зерна, равные по размеру марсианским, с толщиной, эквивалентной 1/100 человеческого волоса.

Команда проанализировала пыль с помощью рентгеновских аппаратов и отражательных спектрометров, похожих на методы, используемые орбитальными аппаратами, изучающими Марс, когда они вращаются вокруг планеты. Затем ученые сравнили лабораторные данные с данными космических аппаратов.

Отражательный спектрометр OMEGA аппарата Mars Express показал, что даже в самых пыльных частях Марса имеются свидетельства наличия богатых водой минералов, в то время как данные CaSSIS указывают на присутствие ферригидрита как наилучшего аналога пыли на Марсе, а не гематита, если сравнивать с лабораторными образцами.

По словам Николаса Томаса, профессора Института физики Бернского университета в Швейцарии, который возглавлял группу разработчиков камеры, прибор ведет наблюдение за Марсом с апреля 2018 года, делая цветные снимки марсианской поверхности в высоком разрешении.

«Мы обнаружили, что ферригидрит, смешанный с базальтом, вулканической породой, лучше всего соответствует минералам, обнаруженным космическими аппаратами на Марсе», — сказал Валантинас, который начал свое исследование в Университете Берна с использованием данных Trace Gas Orbiter. «Главный вывод заключается в том, что поскольку ферригидрит мог образоваться только тогда, когда на поверхности все еще присутствовала вода, Марс заржавел раньше, чем мы думали ранее. Более того, ферригидрит остается стабильным в современных условиях на Марсе».

Открытие того, что оттенок Марса может быть обусловлен содержащим воду ржавым минералом, таким, как ферригидрит, в отличие от безводной формы ржавчины гематита, удивило исследователей. Но это дает интригующие подсказки о геологической и климатической истории Марса.

«Поскольку эта содержащая воду ржавчина покрывает бóльшую часть поверхности Марса, это говорит о том, что жидкая вода в древнем прошлом Марса могла быть более распространена, чем считалось ранее, — сказал Валантинас. — Это говорит о том, что на Марсе когда-то была среда, в которой присутствовала жидкая вода, что является необходимым условием для жизни. Наше исследование показывает, что образование ферригидрита на Марсе требовало присутствия как кислорода — будь то из атмосферы или других источников, — так и воды, способной реагировать с железом».

Исследование не было сосредоточено на определении того, когда именно образовался минерал. Однако, поскольку ферригидрит образуется в холодной воде, возможно, что он был создан около 3 миллиардов лет назад, в отличие от того времени, когда планета была теплее и влажнее миллионы лет назад.

«Это было время интенсивной вулканической активности на Марсе, которая, вероятно, спровоцировала таяние льда и взаимодействие воды и горных пород, что создало благоприятные условия для образования ферригидрита, — сказал Валантинас. — Время совпадает с периодом, когда Марс переходил от своего более раннего, более влажного состояния к своей нынешней пустынной среде».

Вполне возможно, что ферригидрит находится не только в пыли, но и в слоях марсианских пород. И лучшим способом узнать это будет получение реальных образцов пород и пыли с Красной планеты. Марсоход Perseverance уже собрал несколько образцов, содержащих и то, и другое, и NASA и ESA надеются использовать сложную серию миссий в рамках программы Mars Sample Return, чтобы вернуть их на Землю к началу 2030-х годов.

Накануне также стало известно, что китайский ровер «Чжужун» нашел на Марсе осадочные отложения, которые могли появиться из-за волн древнего океана; отложения имеют структуру, аналогичную структурам прибрежных отложений на Земле. Гипотетический океан, называемый Deuteronilus, мог существовать примерно 3,5–4 миллиарда лет назад, в то время, когда Марс — ныне холодный и пустынный — обладал более плотной атмосферой и более теплым климатом.