Марсоход Zhurong во время движения по марсианской Равнине Утопия провёл глубинную радарную и радиоволновую съёмку марсианских недр на глубину до 100 метров. Он обнаружил как минимум два геологических пласта, относящихся к разным эпохам. Вероятно, пласты сформировались примерно три и полтора миллиарда лет назад в результате действия «марсианских потопов» — потоков воды, способных переносить крупные булыжники.
Китайский аппарат Zhurong высадился на Марс в мае 2021 года. С тех пор он проделал путь около 1100 метров по бассейну Долины Утопия (Utopia Planum) почти на экваторе — древнему ударному кратеру, который предположительно мог быть океаном некогда в отдалённом геологическом прошлом. Марсоход оснащён глубинным радаром, включённым постоянно во время движения робота. Радар может «просвечивать» грунт на глубину до десяти метров, как и аналогичный инструмент Perseverance. Также на марсоходе есть передатчик и приёмник низкочастотных радиоволн. Такие волны могут проникать в грунт на глубину до 100 метров, но разрешающая способность такого прибора намного ниже, чем у георадара.
Волны радиодиапазона и радарное излучение обеспечивает комбинированное радарное устройство марсохода — RoPeR (Rover Penetrating Radar), в котором есть два частотных канала. Высокочастотный канал работает в диапазоне 450—2150 МГц, а низкочастотный использует интервал 15—95 МГц. Пространственное разрешение устройства, использующего электромагнитные волны, определяется длиной волны: прибор может «увидеть» только структуры, сопоставимые по размеру или большие, чем характерные длины волн. Соответственно низкочастотный и длинноволновой канал будет иметь меньшее разрешение, но зато излучение может проникнуть в землю глубже. Напомним, что длина λ и частота электромагнитной волны ν в вакууме связаны соотношением обратной пропорциональности: λ = c/ν, где c — скорость света (3 •108 м/с), поэтому, например, радиочастота 50 МГц отвечает длине волны 6 метров, а «радарная» частота 1000 МГц — 30 сантиметров. В веществе длина волны может немного изменяться, но для нас пока важен только порядок величины. «Классическая» радарная съёмка отвечает высокочастотному каналу с более короткими длинами волн (десятки сантиметров). Такого же плана прибор на марсоходе Perseverance недавно помог провести первую глубинную съёмку Марса, просветив геологические структуры вниз на глубину около 15 метров — см. про это отдельную недавнюю статью. Его аналог на китайском марсоходе имеет сопоставимые глубины проникновения 3—10 метров в зависимости от состава пород. Соответственно новый результат Zhurong — геологическая съёмка низкочастотным устройством, с худшим разрешением, но зато на глубинах около 80 метров. Статья о результатах исследования недр Марса на Равнине Утопия в сентябре 2022 года вышла в Nature.
Радарная и радиосъёмка выявила по меньшей мере два геологических слоя на глубинах, до которых достают инструменты. Подошва («дно» на языке геологов) первого слоя находится на глубине от 10 до 30 метров, а второй уходит на глубины от 30 до 80 метров. Ни один из этих слоёв не похож на водосодержащий — иначе наблюдалось бы резкое ослабление сигнала при прохождении сквозь него.
Ни радарное излучение, ни радиоволны пока не могут уверенно указать, идёт ли речь о горной породе, слое льда или лаве. Поэтому реконструкция глубинного строения на пути марсохода опирается ещё и на теоретические модели (и разумеется, на земные аналогии). По мнению геологов, структура более глубокого слоя сформировалась при наводнении примерно три миллиарда лет назад, и она отражает характерное строение таких пород, знакомое на Земле: снизу породу составляет конгломерат (сцементированная масса) из крупных камней, а на них осаждался мелкий обломочный материал и камешки вроде щебня и гальки. В геологии такая структура называется градационной слоистостью (с уменьшением зернистости вверх по разрезу), или fining up sequence, и её образование достаточно интуитивно: первым на дно водоёма оседает более крупный материал типа булыжников, а уже поверх него — частицы помельче, вплоть до глинистых частиц. Но отметим, что это не единственный механизм, по которому на Земле может образоваться именно такая структура. Вывод о размерах камней и их изменении с глубиной по данным радарной съёмки, разумеется, тоже косвенный. К такому заключению можно прийти, измеряя вариации различных параметров на определённой глубине — в частности, степени отражения радарного сигнала. Чем больше разброс, тем более разнородный материал находится на этой глубине. Сильный разброс может означать, что мы имеем дело с конгломератом — отдельные камни утоплены в цементный материал, а по величине вариаций можно сделать вывод и о статистическом распределении камней по размерам.
Для образования такой геологической структуры энергия потока воды должна быть достаточно высокой, чтобы он мог переносить крупные булыжники. Предполагается, что верхний слой образовался в результате действия похожего механизма, но намного позже — примерно 1,6 миллиарда лет назад. Исследования показывают, что эти периоды характеризуются интенсивной гляциальной активностью, то есть образованием и перемещением ледников и сопутствующими процессами. Об исследовании перемещения ледников на древнем Марсе мы уже писали ранее. В принципе нельзя исключать и другое объяснение образования обеих структур — интенсивный вулканизм с перемещением потоков лавы и образованием базальтовых плато. Но особых вулканических катаклизмов, которые в принципе могли бы сформировать похожие геологические структуры, по мнению планетологов, в периоды формирования обоих слоёв на месте работы марсохода не наблюдалось. Гипотеза о марсианских потопах, таким образом, выглядит привлекательной, тем более она подтверждается данными орбитальных аппаратов, исследующих древние русла рек. В этом случае марсоход Zhurong мог обнаружить такие погребённые структуры, то есть следы геологических процессов, скрытые более поздними пластами.
Подробнее о посадке марсохода Zhurong и китайской программе исследования Марса см. статью по ссылке.
