Геофизики нашли независимые свидетельства существования жидкой воды под километровым ледяным покровом на южном полюсе Марса. Получить их удалось с помощью анализа рельефа ледяной поверхности по съёмке с марсианского спутника. Поверхность имеет характерные неровности — плавные повышения и понижения уровня льда с размахом несколько метров. Такой рисунок характерен для льда над земными подлёдными водоёмами в полярных регионах. Предполагаемое озеро находится на том самом месте, на котором несколько лет назад его уже предполагали по данным глубинного радара.
На марсианских полюсах, как и на земных — мощные ледяные шапки. Объём льда на обоих полюсах примерно соответствует объёму Гренландского ледяного щита. Но на Земле эти полярные шапки имеют разветвлённую систему подлёдных каналов, заполненных водой; иногда встречаются обширные подлёдные водоёмы. На Марсе, как считалось, вся вода вблизи поверхности должна быть в замёрзшем состоянии — в таких климатических условиях жидкая вода существовать не может (подробнее читайте в этой заметке).
В 2018 году данные орбитального аппарата Mars Express Европейского космического агентства дали повод усомниться в категоричности такого вывода. Зонд оснащён радаром под названием MARSIS, позволяющим исследовать вещество под слоем льда. Прибор обнаружил участки в нижней части ледяного покрова с сильным отражением радарного сигнала. Такие радарограммы исследователи интерпретировали как отражение от прослойки жидкой воды между слоем льда и скальными породами ложа.
Но впоследствии оказалось, что «водная» интерпретация — не единственная. На Марсе есть много материалов, которые и в сухом состоянии могут давать такие картины отражения радара, находясь под ледовой поверхностью. Учитывая холодные условия, для существования жидкости необходим источник подогрева, например, геотермальное тепло из недр планеты, а мощность таких источников должна превышать возможности современного Марса, насколько мы знаем о величине его геотермальных потоков. Поэтому для подтверждения существования жидкой воды требуются независимые геофизические свидетельства. Исследование геофизиков Кембриджского университета, опубликованное в сентябре 2022 года в Nature Astronomy, предлагает первое независимое свидетельство существования подлёдной воды на основе анализа топографии ледяной поверхности.
На Земле озёра с водой под слоем льда, или субгляциальные озёра хорошо известны. Прослойка воды изменяет топографию ледяной поверхности, создавая специфический рельеф, по которому в частности можно догадаться о существовании водяного слоя. Вода под льдом уменьшает трение между пластом льда и дном озера. Это влияет на скорость перемещения ледяных пластов под действием силы тяжести. Как следствие, форма ледяного пласта над такой прослойкой может изменяться, находясь в постоянном волновом движении. Это можно представить себе как медленные колебания поверхности в миске с густой жидкостью типа киселя. Поэтому часто в некотором месте такой системы образуется понижение уровня льда, а по соседству с ним вдоль по течению — повышение: мы видим застывшую волну на ледяной поверхности. Один из признаков воды — такая ундуляция поверхности на разных масштабах от километров до десятков метров. Эти озёра распространены в ледниковых районах. Знакомая горным туристам форма рельефа — ледник в горах — частный случай подлёдной водной системы. Часто он находится на такой водной подложке, облегчающей скольжение, и поэтому сползает вниз по склону со скоростью в десятки метров в год. Наиболее интересная картина, однако, возникает в Антарктике — субгляциальные озёра под километровым слоем льда исследуются по данным аэро- и космической съёмки. Участки с озёрами различимы по данным радиоэхозондирования, и они, вероятно, ближе всего к тому, что учёные пытаются искать в аналогичных условиях возле полюсов Марса.
Исследователи обработали данные марсианского спутника Mars Global Surveyor с его лазерного высотомера и построили точную карту рельефа поверхности льда в подозрительных, с точки зрения возможного существования воды, регионах вблизи марсианского южного полюса. Изучался регион под названием Ultimi Scopuli. Именно в нём радарная глубинная съёмка несколькими годами ранее выявила зоны аномального отражения на глубине, которые так обрадовали геологов и астробиологов. Точности прибора хватило, чтобы выявить превышения и понижения поверхности с диапазоном несколько метров — это разброс высот, характерный и для земных субгляциальных озёр. Пространственный масштаб ундуляции составляет 10—15 километров — это тоже похоже на размеры небольших антарктических и арктических озёр.
Далее необходимо проверить, насколько видимые признаки (ундуляция поверхности льда) могут объясняться существованием жидкой подложки под километровым льдом. Поэтому частью работы стало моделирование движения ледяного покрова по ложу из горных пород в марсианских условиях. Если в этой системе искусственно уменьшить трение ледника о подложку (что и делает слой воды в подлёдном озере), очевидно, леднику станет легче скользить. Кроме того, одним из параметров компьютерной модели было количество геотермального тепла, которое прогревает ледник снизу, обеспечивая эту прослойку воды. В результате на поверхности льда действительно возникают волновые структуры ундуляции, по размеру и форме сопоставимые с наблюдаемыми на полярной шапке Марса.
Итак, в распоряжении планетологов есть как минимум два свидетельства от независимых научных инструментов. Во-первых, они предполагают существование водоёмов с водой в жидком состоянии под некоторыми участками полярного ледяного покрова — возможно, так же, как обстоит дело с подлёдной водной системой Антарктики. Во-вторых, существование таких структур в нашу эпоху может обеспечиваться сравнительно недавней магматической деятельностью. Моделирование, например, даёт характерные временные рамки от полумиллиона до пары миллионов лет. Это несколько размывает старые представления о «мёртвой планете», вулканы и геологические катаклизмы на которой закончились миллиарды лет назад.