Данные марсианских спутников Mars Express Европейского космического агентства и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) NASA позволили создать первую детальную карту гидратированных минералов Марса. Такая карта поможет узнать «водную историю» планеты, а также спланировать места посадки будущих марсианских аппаратов.
Данные, полученные в ходе двух марсианских проектов, наконец удалось свести воедино для создания первой общей карты распределения минералов, изменённых под действием воды. В основном эти минералы относятся к классам глин и солей, а их распределение по планете поможет воссоздать историю существования воды в разных марсианских регионах. Глины в основном, как предполагается, образовывались на Марсе на протяжении раннего «влажного» периода его геологической истории, а минералы, относящиеся к солям, — в последующие периоды, когда планета постепенно высыхала.
Карта создавалась на протяжении последних десяти лет. Для неё в ход пошли данные двух инструментов на европейском и американском спутниках: OMEGA на станции Mars Express ESA (Observatoire pour la Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) и CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) на MRO.
Инструменты OMEGA и CRISM двух космических аппаратов как раз подходят для этой задачи. Они работают в одинаковых спектральных диапазонах и чувствительны к одним и тем же минералам, но наборы данных от них дополняют друг друга. CRISM даёт очень высокое пространственное разрешение поверхности до 15 м на пиксель. Он подходит для составления детальных карт небольших участков, например, мест посадки марсоходов.
С другой стороны инструмент OMEGA больше подходит для общего картирования. У него более высокое спектральное разрешение и лучше соотношение сигнал/шум. Поэтому он годится для регионального и общего картирования, а также позволяет различать различные минералы, подвергшиеся вторичным преобразованиям. Итоговая сводная карта марсианских минералов имеет разрешение в среднем 200 метров на пиксель с более детализированными отдельными участками.
Это, как правило, места работы станций и другие регионы, вызывающие повышенный интерес. Так, Долина Маврт (Mawrth Vallis) — это древний паводочный канал (канал оттока), богатый глинистыми минералами. Oxia Planum — также область, в которой преобладают глины. Она выбрана в качестве места посадки будущей станции ESA «Розалинда Франклин». Meridiani Planum расположена прямо на экваторе — это место посадки одного из первых марсоходов Opportunity в 2004 году. Valles Marineris — один из самых глубоких каньонов в Солнечной системе. И, наконец, кратеры Гейл и Езеро — точки посадки двух в настоящее время исследующих Марс роботов Curiosity и Perseverance в 2012 и 2020 году.
Карта показывает местонахождение и относительную концентрацию водных минералов. Они образуются в результате вторичных изменений горных пород под действием воды в прошлом. Такие изменения могут быть очень разнообразными, но чаще всего получается два больших класса пород: глины (глинистые минералы) и соли. Глинистые минералы на карте включают железные и магниевые филосиликаты, цеолиты и алюмосиликатные глины. Соли представлены карбонатными минералами, в основном имеющими в составе углерод и кислород.
На Земле глинистые минералы образуются при взаимодействии воды с горными породами. Разные геологические условия приводят к возникновению разных типов минералов. Например, смектит и вермикулит — признаки того, что количество воды было незначительным, и горная порода вулканического происхождения в основном сохранила свой химический состав, в частности, сохранила железо и магний, которые входили в состав исходных минералов. Наоборот, большое количество доступной воды приводит к более глубоким вторичным изменениям минералов. При этом растворимые элементы обычно из породы вымываются, а на месте остаются обогащённые алюминием глины; здесь самый известный пример таких изменений — каолин.
Наибольшее удивление вызвало общее доминирование таких минералов в геологической картине Марса. Ещё десять лет назад планетологам было известно всего около тысячи обнажений древних марсианских пород. Их рассматривали скорее как любопытные и редкие находки, позволяющие частично реконструировать геологическую историю планеты. Но новая карта показывает уже сотни тысяч таких участков. Теперь основной вопрос, на который нет ответа — присутствовала ли вода на Марсе постоянно в течение целых геологических эпох, или же появлялась на «короткие» (по геологическим меркам) промежутки, но зато во время таких эпизодов кардинально меняла ландшафт планеты.
Сводная карта водных минералов показывает, что наши представления о геологическом «водном» прошлом планеты, скорее всего, слишком упрощены. Такая упрощённая картина (которую преподают и в соответствующих курсах планетологии) выглядит вкратце так: во время первого, «влажного», периода на планете сформировалось несколько типов глинистых минералов, как происходит и на Земле в водных обстановках. Этот период упрощённо сопоставляют с первой из трёх марсианских геологических эпох (нойской). Затем в последующий период постепенного высыхания (гесперийский) по всей планете в основном формировались соляные залежи — так же, как на Земле в пересыхающих солончаках. Самый длинный амазонский период — эпоха каменной пустыни, в которую на Марсе уже ничего интересного не происходило с точки зрения формирования новых типов минералов или пород. Новая карта показывает, что всё не так просто. Действительно, значительная часть солей сформировалась, скорее всего, после «глинистого» периода. Но по всей поверхности планеты видны исключения из этой закономерности — встречаются смеси глин и солей, а также соляные залежи, старшие, чем находящиеся в тех же местах глины.
Сводная карта марсианских водных минералов даёт материал и для планирования будущих мест высадки марсианских аппаратов. Во-первых, находки минеральных залежей сами могут быть ценными ресурсами. Эти минералы содержат связанную воду, которую можно в принципе извлечь, кроме того, они могут коррелировать с подземными залежами обычной воды в виде льда. А глины и соли (в частности, известняк) — ещё и обычные строительные материалы на Земле. Во-вторых, локации с водными минералами указывают на самые интересные с точки зрения геологии и астробиологии места на Марсе, на которых сохранились отложения первых марсианских эпох и в которых поэтому имеет смысл поискать следы жизни. Так, сравнительно недавно были открыты залежи глинистых минералов на равнине Oxia Planum. Эту локацию в конечном итоге выбрали для будущего марсохода Европейского космического агентства «Розалинд Франклин».
Следующий этап — определить процентное отношение разных минералов на каждой локации. Это особенно важно, если одновременно встречаются минералы разных классов (соли и глинистые) или несколько видов глин — тогда можно с хорошей точностью восстановить водные условия на этом месте и, следовательно, историю формирования минералов.
