Марсоход Curiosity работает в марсианском кратере Гейл более девяти лет. Он зафиксировал там перемежающиеся слои глинистых и сульфатных отложений, образовавшихся в разных условиях. Чередование таких слоёв может указывать на смену сухого и влажного климата. Таким образом, гесперийский период истории Марса, в котором произошло его окончательное высыхание, не был однородным, а условия в нём могли много раз изменяться от засушливых до влажных.
Марсоход Curiosity исследует кратер Гейл вблизи марсианского экватора с 2012 года. Кратер заполнен слоистыми отложениями толщиной до километра, а посредине кратера находится гора Шарпа (официальное её название — Aeolis Mons, или гора Эолида). Она содержит последовательность выраженных слоистых пород, частично разрушенных эрозией. Самые нижние слои горы относятся к гесперийскому периоду марсианской геологической истории, их возраст около 3,61 миллиарда лет. Здесь сохраняются глинистые минералы, переходящие на высоте более 300 метров в сульфатные. Такое изменение состава минералов может свидетельствовать о переходных процессах в окружающей среде во время формирования этой границы раздела. Марсоход уже проанализировал глинистые отложения формации Мюррея у основания горы Шарпа и сейчас находится немного ниже самого массивного слоя сульфатных пород.
Геологическая история Марса включает последовательную смену трёх эпох (нойской, гесперийской и амазонийской), причём первые две из них закончились 2—3 миллиарда лет назад (подробнее об этом можно прочитать во вставке к другой статье на нашем сайте). Это разделение восходит к первым попыткам построить «геологическую карту» Марса, выделив на его поверхности три области с разной плотностью крупных метеоритных кратеров. Очевидно, наиболее древними будут участки, где кратеров больше. Нойскую эпоху связывают с периодом, в которой Марс обладал значительными запасами воды на поверхности в виде рек и озёр, возможно, морей. Её характерные породы указывают на обводнённые обстановки и по минеральному составу, и по форме камней — например, часто встречаются округлые булыжники, похожие на речную гальку. Глинистые минералы на Земле образуются в присутствии и при активном действии воды. На Земле ими сложены различные виды глин (вроде каолина, бентонита и пр.), на суше часто такие отложения связаны с озёрами. Гесперийская эпоха интерпретируется как период быстрого высыхания планеты. На Земле соответствующие отложения характерны для пересыхающих солёных озёр и солончаков в сухом и жарком климате (аридные условия) и в них встречается множество сульфатных минералов (к ним относится гипс) и других солей. Логично связать чёткую границу между многометровым слоем глинистых отложений и сульфатных пород вверх по склону горы с такой глобальной сменой марсианских эпох и климатических условий. В упрощённой «трёхпериодной» схеме Марс, утратив по каким-то причинам свои запасы поверхностной воды из нойской эпохи, «быстро» и необратимо высох за гесперийское время (в течение пары сотен миллионов лет) и перешёл в режим каменной пустыни в амазонийскую эпоху, в котором и пребывает последние два или три миллиарда лет. Вероятно, такая идеальная общепланетарная схема слишком упрощена и её можно детализировать по результатам полевых работ марсоходов.
По снимкам Curiosity удалось выполнить химический анализ слоёв сульфатных пород в кратере Гейл. Марсоход исследовал эти породы на расстоянии при помощи своего инструмента ChemCam, что позволило рассмотреть их с максимально доступным разрешением. ChemCam — это комбинированный прибор в виде лазера и спектрометра. Лазер предназначен для точечного испарения частиц породы с близкого расстояния (до 7 метров), после чего химический состав пара можно проанализировать на спектрометре. Но камера инструмента позволяет получить детальные контекстные снимки пород с расстояния до нескольких километров. В данном случае марсоход сфотографировал текстуры по склону горы вдоль трассы, по которой он будет передвигаться в последующие месяцы. Исследователи промоделировали образование и развитие таких слоёв пород, проверили модель по данным Curiosity и сравнили с подобными локациями со слоистыми сульфатными породами Марса. Результаты анализа данных марсохода опубликованы в апреле 2021 года в Geology.
Илистые озёрные отложения в формации Мюррея выше по разрезу сменяются породами, содержащими сульфаты и сформировавшимися в сухих условиях под действием ветра (эоловые отложения). По текстуре эти слои напоминают дюны с характерной перекрёстной слоистостью в отличие от горизонтальных слоёв, которые бы накапливались в условиях спокойного озера или моря. Но выше по разрезу снова появляются породы, образовавшиеся в обводнённом окружении. Марсоход до них ещё не добрался, но данные позволяют правдоподобно интерпретировать условия образования разных осадочных слоёв. Сульфатные соли присутствовали в воде, которая поступала в древний бассейн кратера Гейл. Колебания между сухим и влажным климатом на планете соответственно влияли на уровень воды, что могло приводить к кристаллизации солей в пористых осадках в более сухие периоды. На протяжении гесперийской эпохи условия в кратере не были однородными, изменяясь от засушливых периодов к влажным. В этом случае Марс по неизвестным пока причинам мог несколько раз высыхать и возвращаться к более благоприятным условиям, пока окончательно не превратился в пустыню в следующую геологическую эпоху.
