Новый набор топографических карт Марса по результатам спутниковой съёмки позволил установить признаки существования в древности обширного океана в северном полушарии планеты. Такой океан предполагали давно, но необходимо было представить веские доказательства, которые могли сохраниться в горных породах и современном марсианском рельефе. Геологи установили не только то, что океан существовал, но и то, что уровень воды в нём резко поднимался, а это значит, что марсианский климат в то время был мягким и тёплым, как в аналогичных геологических условиях на Земле.
Геологи и планетологи давно ведут споры о том, мог ли на Марсе существовать древний океан. В любом случае он должен был занимать северное полушарие планеты, которое представляет собой низину (южное полушарие, напротив, имеет высокий рельеф). При помощи топографических данных авторы нового исследования обнаружили остатки длинной береговой линии такого гипотетического океана возрастом три с половиной миллиарда лет. Более интересен другой обнаруженный ключевой признак океана (земного, по крайней мере): достигающий 900 метров в толщину очень мощный слой осадочных отложений, распространённый на тысячи квадратных километров.
Океан, в свою очередь, означает мягкий и тёплый климат, и в целом предпосылки для зарождения жизни. В современных условиях жидкая вода на поверхности Марса не может существовать даже не столько из-за низкой температуры, но из-за низкого атмосферного давления — в отсутствие давления вода вскипает, переходя в газовую фазу, и для этого совсем не обязательна высокая температура. Древний океан означает, что и столб воздуха на Марсе в то время был достаточной толщины, чтобы толща жидкости находилась в устойчивом термодинамическом равновесии.
В земной геологии стратиграфические методы исследования геологической истории по отложениям, как правило, водных систем, хорошо известны. Водный бассейн от реки до океана содержит многие слои отложений разных эпох. Исследуют их состав и размер материала (к примеру, это может быть галька, песок или глина), а также изменение состава с глубиной. Ну и, разумеется, на Земле в распоряжении геологов есть палеонтологическая летопись — остатки ископаемых животных и растений, которые позволяют определить возраст того или иного слоя. На Марсе такого источника информации нет, но всё равно последовательные слои отложений помогают судить о геологической истории. Например, слои песчаника (сцементированный песок) свидетельствуют о том, что в момент отложения близко находился берег, с которого и сносился терригенный материал. Если в осадках преобладает глина (сцементированную глину называют аргилитом), то участок находился дальше от берега, куда потоки с крупной фракцией песка не доставали. И напротив, если отложения в основном — известняк (CaCO3, или карбонат) — это может свидетельствовать о глубоком море или океане далеко от берега: известняковые пласты часто формируются за счёт остатков организмов (моллюски, кораллы), имеющих известковый скелет.
Геологи по результатам спутниковой съёмки составили карту древних марсианских водотоков. Они обращали внимание не только на обычные русла, но и на поднятые формы рельефа, то есть «флювиальные хребты» — особые образования, также маркирующие древние русла рек. Область, на которой предполагают существование древнего океана, называется Aeolis Dorsa, и она содержит самую плотную сеть флювиальных хребтов на планете. Поскольку Aeolis Dorsa находится как раз вблизи кратера Гейла, в котором работает Curiosity, в их распоряжении оказался и материал, снятый непосредственно с марсохода.
Для обработки информации использовали программное обеспечение, то есть GIS-систему, разработанную Геологической службой США. Использовались в основном данные с высотного лазерного альтиметра на марсианском спутнике Mars Orbiter, а также другие данные NASA. Удалось обнаружить более 6500 км флювиальных хребтов, которые расклассифицировали в двадцать отдельных систем. Эти геоморфологические структуры, скорее всего, являются или разрушенными дельтами рек, или подводными поясами возле каналов — остатками древней линии марсианского побережья. Получившаяся сетка древних русел как раз, по мнению исследователей, и маркирует границы древнего океана. Также эволюцию палеогеографии региона удалось проследить, изучая характер образования пород. В частности, по доступным данным можно исследовать толщину слоя пород в системе хребтов, высоту, положение и возможные направления движения потоков воды. Всё это позволяет реконструировать события на древнем океанском побережье так же, как это делается в земной геологии. Статья о геоморфологическом исследовании марсианского рельефа, который содержит указания на плескавшийся в древности рядом океан, в октябре 2022 года вышла в Journal of Geophysical Research: Plantets.
Флювиальными хребтами (fluvial ridges) называют поднятия рельефа на месте древнего водотока. Обычно мы ожидаем на месте русла реки, наоборот, некоторую отрицательную структуру, то есть канаву за счёт размывания рекой горных пород. Положительная форма, однако, тоже встречается на Земле. Она образуется из-за того, что река приносит вдоль своего русла множество осадочного материала. Материал впоследствии цементируется, превращаясь в горную породу. Позже, когда река уже исчезла, горные породы на этом месте подвергаются эрозии. Процесс эрозионного размывания пород идёт по-разному, и в некоторых случаях получается так, что нанесённые на месте древнего русла породы оказываются твёрже, чем окружение. Они как раз остаются почти нетронутыми, тогда как всё вокруг разрушается. В результате на месте древней реки остаётся не канава, а вал. В геоморфологии такие формы называют инвертированным рельефом. Эти структуры, например, существуют в северных широтах на месте ледниковых рек — их называют озы. Флювиальные хребты обнаружены и на Марсе, и по ним изучают древнюю марсианскую систему водотоков так же, как и по «обычным» остаткам речных русел, наподобие таких, которые сейчас исследует Perseverance.
Итак, породы Aeolis Dorsa содержат информацию о том, как выглядел марсианский океан. Прежде всего этот океан был динамической системой, быстро по геологическим меркам развиваясь и меняясь. Уровень моря должен был значительно подниматься, а осадки откладывались на дно бассейна с существенной скоростью.
На Земле древние осадочные бассейны содержат стратиграфическую летопись климата и жизни предыдущих геологических эпох. Если геологи желают получить такую же подробную геологическую летопись Марса, искать её необходимо в (гипотетическом) марсианском океане. И логичное место для начала поисков — как раз океан, который мог в своё время покрывать Aeolis Dorsa.