Рис. 10. Осыпи грунта и нитевидные овраги (показаны стрелками) на склоне кратера (42.4°S, 158,2°W). Овраги похожи на следы земных горных рек, но, в отличие от земных оврагов, они не расширяются, а сужаются вниз по склону. (MGS МОС Release No. МОС2-320. NASA/JPL/MSSS.)
ОСЫПИ И УЗКИЕ ОВРАГИ НА СКЛОНАХ
Следы сползаний и осыпей грунта на склонах кратеров и каньонов были замечены уже на первых снимках поверхности Марса. Камеры, установленные на аппарате MGS и других современных аппаратах, обладают весьма высоким разрешением — до единиц метров. На прежних аппаратах разрешение было в тысячу раз хуже. Именно снимки с высоким разрешением позволили выделить новые классы объектов, особенно интересных для понимания как климатических изменений, так и современной гидрологии Марса.
Рис. 11. Ручьи и следы камнепадов на склонах земных гор. Сели и горные реки оставляют следы, которые расширяются вниз по склону.
Перемещение больших масс грунта, вероятно песка, пыли и камней, по склону, происходящее в современную эпоху, иллюстрирует рис. 10. В нижней части снимка видны размытые валы осыпавшегося материала шириной около 3 км. Валы сыпучего материала огибают остатки прежнего рельефа, оставляя обнажённый склон. Такие же осыпи можно видеть и в других районах Марса; они известны со времён миссии «Викинга». Но значительно улучшенное разрешение фотокамер на новых космических аппаратах позволило обнаружить удивительные следы на склонах марсианских кратеров. Нельзя сказать, что образований, подозрительных в отношении наличия жидкой воды, раньше не замечали совсем. Но твёрдо установленная сухость и морозность марсианского климата заставляла исследователей искать ей альтернативу. Вначале предполагалось, что небольшие, но свежие изменения рельефа планеты объясняются большими осыпями мелкого песка и камнепадами на склонах глубоких долин и кратеров. Так возникли очень широкие и протяжённые овраги. Труднее было объяснить недавнее возникновение оврагов поменьше, да ещё и со следами каких-то потоков.
На рис. 10, наряду с осыпями сыпучего материала, можно видеть такие необычные образования. Это тонкие нитевидные километровые овраги или борозды, спускающиеся по склону (показаны стрелками). Их ширина в узкой части составляет всего от единиц до десятков метров. Овраги очень похожи на промоины земных горных рек или ручьёв, но в отличие от земных оврагов они не расширяются, а сужаются вниз по склону. Среда, которая их создавала, либо куда-то исчезла на полпути, либо чем-то тормозилась в своём движении. Потоки в земных горных реках обычно расширяются вниз по склону. Для Земли это естественно. Так же ведут себя камнепады (сели), оставляя расширяющиеся следы (рис. 11). Сужающиеся марсианские овраги не могли возникнуть под действием камнепада или крупномасштабного селя. Тем более они не могли образоваться под действием пылевых оползней, которые, как можно видеть внизу на рис. 10, бесследно засыпают все овраги. С орбитальных аппаратов продолжали поступать всё новые снимки странных объектов. В возникшей (и всё ещё продолжающейся) дискуссии многие авторы стараются избегать в своих работах даже упоминания «священной коровы», простите — источников грунтовой воды, как среды, сформировавшей овраги, промоины и другие образования такого рода на Марсе. Видеть «голого короля» оппоненты не хотят. Какие только варианты не предлагались. Например, популярной стала гипотеза, что именно CO2 в чистой форме или в виде клатратов может быть той жидкостью, потоки которой формируют овраги и протоки на склонах Марса. Или жидкий метан. Или что-то ещё. Гипотеза струящегося песка тоже имела (и имеет) много сторонников; кстати, сухой мелкий песок действительно растекается, как вода.
Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все её аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный СО2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах… Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы (жидким. — Л. К.) СО2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».
Рис. 12. Одиночные ключи грунтовых вод выходят на склоны. Потоки замерзают на ложе из морозного грунта, пройдя несколько сотен метров.
Рис. 13. Склон небольшого кратера в том же районе (кратер Ньютона), что и на рис. 10, с многочисленными извилистыми оврагами и осыпями сыпучего материала на дне. (MGS МОС Release No. МОС2-317. NASA/JPL/MSSS.) Извилистые овраги свидетельствуют, вероятно, о каменистом склоне.
Изображение склона с одиночными нитевидными «исчезающими» оврагами приведено на рис. 12. Узкие овраги или протоки довольно часто встречаются в полосе марсианских широт от 30°N до 70°S. Они действительно похожи на склоновые русла земных рек и не перекрываются более поздними образованиями (например, песчаными дюнами). Ширина (и, вероятно, глубина) оврагов близка к 10–20 м, а протяжённость составляет от сотен метров до километров. Сотни снимков, сделанных с орбитальных аппаратов, показали, что источники следов грунтовых вод находятся на крутых склонах долин и кратеров, на глубине от 150 до 500 м ниже уровня окружающей поверхности. По-видимому, именно на этих глубинах в некоторых районах происходит таяние грунтовых льдов, и вода выходит на склоны. На рис. 13 представлен ещё один вид района с подобными оврагами. В отличие от рис. 10 здесь овраги извилистые. На Земле это значило бы, что на пути потока расположены крупные глыбы, а склон пологий. Ширина оврагов — от единиц метров до 10–20 м, они тоже не расширяются, а сужаются вниз по склону и исчезают.
Рис. 14. Тормозные ракетные двигатели аппарата «Феникс» (фото 2008 года) сдули тонкий слой песка и пыли и обнажили сплошной слой льда.
Именно потоки (воды или какой-то другой жидкости) легко могли бы образовать такие промоины, но как объяснить их странный вид? Почему следы потоков теряются на склоне? Ускорение свободного падения на Марсе почти втрое меньше земного, но это, конечно, не значит, что вода течёт вверх. На первый взгляд такое сужение оврагов кажется парадоксальным, если они образованы потоком. Но для Марса можно предложить простое объяснение этого парадокса: низкие температуры. Если грунтовая вода действительно образовала ключ и поток вышел на поверхность, устремившись вниз по морозному склону, то в условиях Марса размеры развивающейся промоины будут зависеть, прежде всего, от температуры поверхности и температуры потока. Если температура поверхностного слоя днём составляет, в зависимости от широты на Марсе, от —60 до —10 °C или ниже, поток, спускаясь по склону, должен постепенно и впитываться в сухой морозный грунт, и замерзать. Образуется ложе канала из промёрзшего грунта, по которому оставшаяся часть потока устремляется дальше, впитываясь, наращивая промёрзшее ложе, охлаждаясь и продолжая замерзать. Поэтому, в отличие от земных склоновых рек, потоки на Марсе сужаются. При переходе воды с температурой 0 °C в фазу льда выделяется 80 ккал/кг. Теплоёмкость марсианского грунта невелика, поэтому промёрзшее ложе потока может получиться достаточно толстым, если ключ существует достаточно долго. Как ведёт себя грунт Марса при увлажнении и сколько при этом поглощается тепла, точно неизвестно, но баланс отдаваемого тепла должен включать его потери в образующемся ледяном ложе канала, а также более медленные излучение и поглощение атмосферой. Температура истекающей воды также неизвестна, но высокой она быть не может, вероятно, около 10 °C.