Mars Express wykrywa płynną wodę ukrytą pod południowym biegunem planety

0
Mars Express wykrywa wodę uwięzioną pod południowym biegunem Marsa. Źródło: Context map: NASA/Viking; THEMIS background: NASA/JPL-Caltech/Arizona State University; MARSIS data: ESA/NASA/JPL/ASI/Univ. Rome; R. Orosei et al 2018

Temat wody na Marsie często spędzał sen z powiek naukowcom i pasjonatom astronomii. Teraz dzięki danym europejskiej sondy kosmicznej Mars Express nastąpił przełom. Dane radarowe zebrane przez sondę wskazują na staw z ciekłą wodą, zakopany pod warstwami lodu i pyłu w południowym rejonie Marsa.

Dowody na wodnistą przeszłość Czerwonej Planety ujawniają się na jej powierzchni w postaci rozległych wyschniętych sieci dolin rzecznych i gigantycznych kanałów odpływowych. Wiele sond orbitujących wokół Marsa, wraz z lądownikami i łazikami eksplorujące marsjańską powierzchnię, odkryło również minerały, które mogą tworzyć się tylko w obecności ciekłej wody. Jednak pytanie o istnienie ciekłej wody obecnie na Marsie jak dotąd pozostawało bez odpowiedzi.

Klimat marsjański zmienił się znacznie w ciągu 4,6 miliarda lat historii planety, a płynna woda nie może dziś istnieć na powierzchni. Dlatego naukowcy szukają pod powierzchnią. Wczesne wyniki z 15-letniej sondy Mars Express już odkryły, że lód wodny występuje na biegunach planety i jest również pochowany w warstwach przeplatanych pyłem.

Mars Express z dwoma 20-metrowymi wysięgnikami radarowymi. Źródło: ESA/ATG medialab; Mars: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Od dawna podejrzewano obecność ciekłej wody w obszarze lodowych czap polarnych. Z badań na Ziemi wiadomo, że temperatura topnienia wody zmniejsza się pod naciskiem leżącego na niej lodowca. Ponadto obecność soli na Marsie może dodatkowo obniżyć temperaturę topnienia wody i utrzymać wodę w stanie ciekłym nawet w temperaturach poniżej zera.

Naukowcy pracujący nad instrumentem MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) zajęli się opracowaniem nowych technik w celu zebrania jak największej ilości danych o wysokiej rozdzielczości, aby potwierdzić ich ekscytujące wnioski. MARSIS to jeden z intrumentów sondy Mars Express – Radarowy Wysokościomierz Sondowania Podpowierzchniowego – służący do badania struktur pod powierzchnią Marsa do głębokości kilku kilometrów, w tym czap lodowych i lodu wodnego.

Wykrywanie zakopanej wody za pomocą radaru. Źródło: ESA/NASA/JPL/ASI/Univ. Rome; R. Orosei et al 2018

Radar wykorzystuje metodę wysyłania impulsów radarowych w kierunku powierzchni i określa czas, w jakim zostają one odbite z powrotem do sondy oraz moc tego sygnału. Właściwości materiału znajdującego się pomiędzy, wpływają na zwracany sygnał, który można wykorzystać do stworzenia mapy topografii podpowierzchniowej.

Badanie radarowe wykazuje, że południowy polarny obszar Marsa składa się z wielu warstw lodu i pyłu na głębokości około 1,5 km na obszarze rozciągającym się na 200 km, który był analizowany w tym badaniu. Szczególnie jasne odbicie radarowe pod warstwami osadów jest identyfikowane w strefie o szerokości 20 km.

Analizując właściwości odbitych sygnałów radarowych i biorąc pod uwagę skład warstw osadów oraz oczekiwany profil temperatury pod powierzchnią, naukowcy interpretują tę jasną cechę jako punkt styku między lodem a zbiornikiem ciekłej wody, która może być nasycona osadami soli. Aby MARSIS mógł wykryć taki obszar wody, musiałby mieć grubość co najmniej kilkudziesięciu centymetrów.

„Ta anomalia podpowierzchniowa na Marsie ma właściwości radarowe pasujące do wody bądź osady bogate w wodę. To tylko jeden mały obszar badań; ale stanowi ekscytującą perspektywę, by podejrzewać, że może być więcej takich podziemnych zasobów wodnych w innych miejscach, ale jeszcze nie odkrytych.”

– powiedział Roberto Orosei, główny badacz eksperymentu MARSIS i główny autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie Science.

Obraz ExoMars warst osadów na południowym biegunie Marsa. Źródło: ESA/Roscosmos/CaSSIS , CC BY-SA 3.0 IGO

„Od lat widzieliśmy wskazówki dotyczące ciekawych cech podpowierzchniowych, ale nie mogliśmy odtworzyć wyniku z orbity na orbitę, ponieważ częstotliwość próbkowania i rozdzielczość naszych danych była wcześniej zbyt niska. Musieliśmy wdrożyć wyższą częstotliwość próbkowania, a tym samym poprawić rozdzielczość naszego zestawu danych: teraz widzimy rzeczy, które wcześniej nie były możliwe.”

– dodaje Andrea Cicchetti, menadżer operacji MARSIS.

Odkrycie przypomina nieco Jezioro Wostok, położone około 4 km pod lodem na Antarktydzie na Ziemi. Wiadomo, że niektóre formy mikroorganizmów dobrze się rozwijają w środowiskach subglacjalnych Ziemi. Czy podziemne stawy zasolonej, płynnej wody, bogatej w osady na Marsie również zapewniają odpowiednie siedlisko dla życia? Na to pytanie będą próbować odpowiedzieć przyszłe badania. To, czy kiedykolwiek istniało życie na Marsie, pozostaje kwestią otwartą, którą misje marsjańskie, w tym obecny orbiter ExoMars i przyszły łazik, będą eksplorować.

„Długi czas działania Mars Express i wyczerpujący wysiłek zespołu radarowego w przezwyciężaniu wielu wyzwań analitycznych, umożliwiły tak długo oczekiwany rezultat, pokazując, że misja i jej osiągnięcia wciąż mają wielki potencjał naukowy. To ekscytujące odkrycie jest punktem kulminacyjnym dla nauk planetarnych i przyczyni się do naszego zrozumienia ewolucji Marsa, historii wody na naszej sąsiedniej planecie i możliwości jej zamieszkania.”

– dodaje Dmitri Titov, naukowiec ESA z projektu Mars Express.

Mars Express wystartował 2 czerwca 2003 r. i będzie świętował 15 lat na orbicie 25 grudnia tego roku.

Źródło: ESA