Европейский зонд Mars Express смог глубже заглянуть под поверхность марсианского спутника Фобос, чем когда-либо раньше — обнаружены потенциальные следы неизвестных структур, которые, возможно, помогут пролить свет на происхождение небесного тела.

Фобос //Источник изображения: ESA

Mars Express, уже 19 лет работающий на марсианской орбите, прошёл всего в 83 км от Фобоса 22 сентября 2022 года, прозондировав поверхность местной луны с помощью специального радара MARSIS с обновлённым программным обеспечением — в первую очередь он предназначен для подземного зондирования и исследования ионосферы Красной планеты.

Понимание внутренней структуры Фобоса может пролить свет на тайну его происхождения. Дело в том, что две луны Марса — Фобос и Деймос в отличие от главных лун Солнечной системы очень невелики — по 27 и 15 км в поперечнике соответственно и имеют состав, аналогичный углеродистым астероидам C-типа. Кроме того, обе луны, как и астероиды, имеют неправильную форму — из-за этого учёные предположили, что астероидами они и являются. Не исключено, что в своё время они были захвачены гравитацией Марса из космического пространства.

Тем не менее орбиты спутников Марса лежат над экватором и отличаются довольно правильной формой. Если бы речь шла о захваченных гравитацией астероидах, те, вероятно, имели бы эллиптические орбиты и вращались вокруг планеты в разных плоскостях.

Является ли спутники Марса захваченными гравитацией астероидами или представляют собой следы одного из столкновений другого небесного тела с Красной планетой, до сих пор неизвестно. MARSIS использует 40-метровую антенну для «обстрела» поверхности исследуемых объектов радиоволнами. Если большинство из них отражается непосредственно от поверхности объектов, то некоторые проникают глубже и позволяют учитывать переходы между слоями пород разного состава и структуры. Чем выше отражающая способность объектов под поверхностью, тем сильнее возвратный радиосигнал.

Источник изображения: INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica

На снимке секция A-C исследована с помощью старого программного обеспечения MARSIS, а секция D-F использует новое программное обеспечение, позволяющее получить более детальную картину.

Наиболее яркая линия представляет собой проекцию радиоволн, отражённых от самой поверхности Фобоса, но имеется и зона с возможными отражениями от структур, лежащих под поверхностью луны. Не исключено, что такую картину даёт просто сама «текстура» внешней поверхности, но также не исключено, что изображение может быть следствием наличия особых структур под поверхностью и это поможет больше узнать о природе спутника Марса.

Поскольку MARSIS изначально разрабатывался для изучения недр самого Марса с расстояния около 250 км на орбите, пришлось обновить программное обеспечение для того, чтобы работать на гораздо более коротких дистанциях, что позволит подробнее изучить луны планеты вблизи. В следующие несколько лет курс корабля скорректируют таким образом, что он пролетит от Фобоса на расстоянии всего 40 км — орбита Mars Express будет запланирована для близких пролётов в 2023-2025 годах.

В сентябре 2024 года японское аэрокосмическое агентство JAXA планирует запустить собственный зонд Martian Moon eXploration (MMX) для получения минимум 10 г реголита с поверхности Фобоса. MMX также намеревается использовать небольшой ровер на поверхности спутника, а после повнимательнее присмотрится и к Деймосу. После этого корабль вернётся на Землю с образцами с Фобоса.

Несколько лет назад данные, собранные прибором Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS) орбитального аппарата Mars Express Европейского космического агентства (ESA), позволили учёным с высокой степенью уверенности заявить о наличии воды под ледяной шапкой южного полюса Марса. Теперь же те данные были использованы для компьютерного моделирования, которое показало, что под слоем льда может находиться не вода, а слои твёрдой породы.

Снимок ледяного покрова южного полюса Марса / Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Инструмент MARSIS сканирует поверхность Красной планеты высокочастотным импульсным сигналом и по отражениям сигнала от слоёв с разной плотностью можно узнать больше о строении планеты. Для обработки получаемых данных исследователи использовали методы, аналогичные тем, что применялись ранее при изучении подлёдных водоёмов в Антарктике, Арктике и Гренландии. После анализа участков «мокрого» и «сухого» льда в окрестностях района Ultima Scopuli на южном полюсе Марса учёные пришли к выводу, что в этой области имеются значительные запасы жидкой воды, скрытые под толстой ледяной шапкой.

Новое моделирование с использованием данных аппарата Mars Express показало, что собираемые спутником сигналы не гарантируют того, что в районе южного полюса Марса имеются водоёмы. Учёные предполагают, что фиксируемые MARSIS сигналы исходили не от воды или льда, а отражались от более низко лежащих геологических слоёв, состоящих из минералов и замороженного углекислого газа. Было также установлено, что сигналы такого типа возникают при отражении от слоёв поверхности определённой толщины, независимо от того, из какого материала они состоят.

Исследователи задействовали данные MARSIS в компьютерном моделировании, куда также были добавлены слои льда и других веществ, таких как слои базальта, образовавшиеся после извержений вулканов на Марсе в древние времена. Основная цель моделирования заключалась в определении того, как могут реагировать на падающий свет слои марсианской поверхности разной плотности. Поскольку на южном полюсе Марса большие скопления замороженного углекислого газа, они также были включены в моделирование. Эксперимент со слоем льда из углекислого газа и водяным льдом под ним показал, что разделение слоёв и их толщина определяют силу отражения света от них. Предыдущие исследования показали, что подобное отражение может возникать при сканировании некоторых минералов. Это говорит о том, что для получения такого результата совсем не обязательно наличие жидкой воды.

«Я мог бы использовать слои горных пород или даже особенно пыльный водяной лёд, и я бы получил аналогичные результаты», — отметил палеонтолог из Корнельского университета Дэн Лалич (Dan Lalich). Он также считает, что состав базальных слоёв марсианской поверхности менее важен, чем их толщина и область между ними. Однако новое исследование не означает, что на Марсе нет воды, поэтому учёные продолжат её поиск.