Andrzej Z. Kotarba Obserwacje Kosmosu

Jezioro na Marsie? Idealne na letnie upały

Okolice bieguna południowego Marsa i południowa czapa polarna Czerwonej Planety. Fot. ESA Okolice bieguna południowego Marsa i południowa czapa polarna Czerwonej Planety. Fot. ESA

Jezioro na Marsie? To całkiem możliwe! Do takich wniosków dochodzą włoscy naukowcy po przeanalizowaniu danych z europejskiej sondy kosmicznej Mars Express. Miłośnicy żagli, nurkowania, “plażingu” i “parawaningu”, nie będą jednak zadowoleni. Woda w hipotetycznym jeziorze ma temperaturę około minus 70 stopni Celsjusza. Co gorsza, akwen przykryty jest 1500-metrową warstwą lodu. W takim kontekście zimowy Bałtyk zdaje się być tropikalnym oceanem.

Woda, której mamy na Ziemi całkiem sporo, na Marsie też występuje, lecz znacznie trudniej ją znaleźć. Niskie ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Czerwonej Planety powoduje, że woda w postaci ciekłej pojawia się sporadycznie i efemerycznie. Zazwyczaj przyjmuje więc postać stałą (lód), z której od razu przechodzi w gaz (parę wodną). Próżno zatem szukać na Marsie rzek czy jezior. W takiej sytuacji naukowcy stawiają sobie za priorytet polowanie na wody podpowierzchniowe. Dotychczasowe badania pokazały, że w niektórych regionach planety jest jej całkiem sporo – zidentyfikowane zasoby powinny umożliwić przetrwanie astronautom w czasie ewentualnych misji załogowych.

Naukowcy są jednak zdania, że ciekła woda może istnieć na Marsie cały czas. Na Ziemi zbiorniki ciekłej wody spotykamy nie tylko na powierzchni planety, ale i pod nią. Sztandarowym przykładem są dziesiątki jezior Antarktydy – ukryte pod kilkukilometrową masą lądolodu. Naukowcy zainspirowani tym faktem postanowili poszukać analogicznych utworów na Marsie. Odległa planeta również posiada czapy polarne, również zbudowany z wody, i również całoroczne. Czy ciężar marsjańskiego lodu (miejscami grubego na 3 km) mógłby zwiększyć ciśnienie na tyle, by na spodzie czap polarnych uformowały się całoroczne zbiorniki ciekłej wody?

Wskazówek dostarczają obserwacje radaru MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), zainstalowanego na pokładzie sondy Mars Express. MARSIS działa na zasadzie radaru sondującego. Wysyła ku planecie impulsy elektromagnetyczne na falach o długości 60 m, 75 m, i 100 m. Gdy napotkają one na swojej drodze przeszkodę, starają się przez nią przeniknąć. Jest to tym łatwiejsze, im mniejszy opór stawia penetrowana materia. Wystąpienie oporu wywołuje częściowe odbicie fal z powrotem do satelity. Radar rejestruje te sygnały (tzw. echo radarowe), co pozwala później domyślać się, jaka była przenikalność elektryczna odbijającej materii. Innymi słowy – z czym mieliśmy do czynienia: skałami, piaskiem, wodą, śniegiem, złotym pociągiem? Impulsy MARSIS wnikają w Marsa na głębokość do kilku kilometrów.

Jezioro na Marsie. Obserwacja z radaru MARSIS sondy kosmicznej Mars Express – bez opisu. Odcienie szarości informują o stopniu odbicia impulsu radarowego, a więc i stopniu przenikalności warstwy gruntu dla fal radarowych. Im jaśniejszy odcień, tym silniejsze odbicie (mniejsza przenikliwość). Rys. ESA
Jezioro na Marsie. Obserwacja z radaru MARSIS sondy kosmicznej Mars Express – bez opisu. Odcienie szarości informują o stopniu odbicia impulsu radarowego, a więc i stopniu przenikalności warstwy gruntu dla fal radarowych. Im jaśniejszy odcień, tym silniejsze odbicie (mniejsza przenikliwość). Rys. ESA

Między majem 2012 a grudniem 2015 radar Mars Express wykonał 29 obserwacji wskazanego przez Włochów regionu w pobliżu południowej czapy polarnej Marsa. (Chętnych odwiedzić to miejsce informuję o dokładnych współrzędnych: 81°S, 193°E; przypominam też, że GPS na Marsie nie działa!) Analiza profilów radarowych pokazała, że na głębokości około 1,5 km znajduje zagadkowa warstwa, przez którą impulsy MARSIS nie są w stanie się przebić. Do Mars Express docierały bardzo silne impulsy zwrotne, które w warunkach ziemskich od razu uznałoby za przejaw obecności ciekłej wody. Możliwości tej nie wykluczyły oceny przenikalności elektrycznej tajemniczej warstwy – zgadzała się z wartościami oczekiwanymi dla wody. Niepokój mogły budzić szacunki temperatury wody domniemanego jeziora: 68 stopni poniżej zera w skali Celsjusza!

Jezioro na Marsie. Obserwacja z radaru MARSIS sondy kosmicznej Mars Express – opisana. Po lewej stronie fotomapa sytuacyjna: okolic południowego bieguna planety, wraz z permanentną częścią czapy polarnej. „Study area” wskazuje lokalizację obszaru, na którym skupili się Włosi. Obszar ten jest powiększony w centralnej części grafiki. Niebiesko-żółte linie to poszczególne profile MARSIS. Kolor niebieski oznacza małą przenikalność podłoża, żółty – dużą. Trójkątny obszar o najbardziej intensywnym odcieniu niebieskiego to lokalizacja hipotetycznego jeziora. Po prawej jeden z profilów MARSIS, z naniesionymi najważniejszymi elementami. Płaska powierzchnia planety zaznacza się jako biała płaska linia, nad którą widoczna jest czerń atmosfery Marsa (ośrodek o bardzo dużej przenikalności). Pod powierzchnią widoczne są różne osady, przedstawione jako białe poziome linie. Najniższa i najjaśniejsza z nich oznacza odbicie od podłoża. Tam, gdzie pojawia się kolor niebieski, naukowcy dostrzegają powierzchnię podlodowego jeziora. Rys. ESA.
Jezioro na Marsie. Obserwacja z radaru MARSIS sondy kosmicznej Mars Express – opisana. Po lewej stronie fotomapa sytuacyjna: okolic południowego bieguna planety, wraz z permanentną częścią czapy polarnej. „Study area” wskazuje lokalizację obszaru, na którym skupili się Włosi. Obszar ten jest powiększony w centralnej części grafiki. Niebiesko-żółte linie to poszczególne profile MARSIS. Kolor niebieski oznacza małą przenikalność podłoża, żółty – dużą. Trójkątny obszar o najbardziej intensywnym odcieniu niebieskiego to lokalizacja hipotetycznego jeziora. Po prawej jeden z profilów MARSIS, z naniesionymi najważniejszymi elementami. Płaska powierzchnia planety zaznacza się jako biała płaska linia, nad którą widoczna jest czerń atmosfery Marsa (ośrodek o bardzo dużej przenikalności). Pod powierzchnią widoczne są różne osady, przedstawione jako białe poziome linie. Najniższa i najjaśniejsza z nich oznacza odbicie od podłoża. Tam, gdzie pojawia się kolor niebieski, naukowcy dostrzegają powierzchnię podlodowego jeziora. Rys. ESA.

Woda nie zamarzła? Z ratunkiem dla hipotezy podlodowego jeziora przyszły nadchlorany wapnia, magnezu i sodu. Sole te doskonale rozpuszczają się w wodzie, jednocześnie obniżając punkt jej zamarzania. W przypadku nadchloranu wapnia woda pozostanie cieczą aż do temperatury -75 stopni Celsjusza, a w przypadku magnezu: do -69 stopni. Znamy to zjawisko z naszych ulic, gdy zimą są one posypywane solą (czyli chlorkiem sodu, wapnia, magnezu), dzięki czemu pozostają suche nawet przy minus 20-30 stopniach Celsjusza. Marsjańskie lądowniki wykazały, że nadchlorany sodu, wapnia i magnezu na Marsie występują. Nie ma więc przeszkód, by domniemane jezioro było wypełnione właśnie swoistą solankową breją.

Jak to w nauce, zwłaszcza bazującej na metodach teledetekcyjnych, marsjańskie jezioro pozostaje hipotezą. Solidnie wspieraną przez obserwacje z Mars Express. Ponieważ marsjańskie jezioro nie ma jeszcze imienia, a jest przy tym rozmiaru naszych Śniardw, być może właśnie taką będzie nosiło nazwę, w czasach, gdy dotrą na nie pierwsi turyści znad Wisły…?

Artykuł opisujący odkrycie: Orosei i in., 2018. Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science, doi: 10.1126/science.aar7268.