“Чжужун” (в другой транскрипции — “Чжурон”) в рамках китайской межпланетной миссии “Тяньвэнь-1” совершил посадку на Равнине Утопия в восточной части северного полушария Марса 14 мая 2021 года. КНР стала второй после США страной, успешно доставившей исследовательский ровер на Красную планету.
“Чжужун” работал не три месяца, как рассчитывали, а до 20 мая 2022-го, после чего связь с ним окончательно прервалась. За это время аппарат проехал около двух километров по дну Равнины Утопия. Это самый большой — диаметром свыше трех тысяч километров — ударный кратер не только на Марсе, но и во всей Солнечной системе. Структура интересна еще и тем, что здесь очень тонкая кора и мантия подходит ближе всего к поверхности.
На всем пути марсоход выполнял радиолокационную съемку с помощью установленного на борту георадара RoPeR (Rover Penetrating Radar). Этот прибор выполняет зондирование высокого разрешения в двух диапазонах электромагнитных волн на глубину до 100 метров. Для сравнения: американский ровер “Персеверанс”, который прибыл на Марс за три месяца до “Чжужуна” и до сих пор работает в соседнем кратере Равнина Исиды, способен “просвечивать” недра только на десять метров.
Кроме того, “Чжужун” проводил магнитометрическое картирование марсианской коры с выявлением локальных аномалий магнитного поля, измерял климатические параметры (температуру, давление, скорость ветра), изучал минеральный состав реголита методами спектроскопии, искал воду. Всего на Землю марсоход передал 940 гигабайт разнообразных данных.
Проанализировав полученную информацию, китайские ученые пришли к выводу, что грунтовые воды под Равниной Утопия сохраняли активность вплоть до амазонийского (новейшего) периода геологической истории Красной планеты, который раньше считали холодным и сухим. В осадочных отложениях амазонийского возраста приборы “Чжужуна” идентифицировали гидратированные сульфаты, гидрокремнезем, оксиды трехвалентного железа и хлориды. Для образования этих минералов нужна жидкая соленая вода.
По мнению исследователей, гидратированные минералы сформировались в период вулканической активности, когда горячая магма, поднимаясь к поверхности, растопила подземный лед и насытила получившийся раствор солями. Выходя на поверхность, он испарялся, и из него осаждались минералы.
То, что под Равниной Утопия находятся огромные толщи подповерхностного льда, еще в 2016-м установили с помощью радара SHARAD орбитальной станции НАСА Mars Reconnaissance Orbiter. Запасы оценивают в 14 с лишним тысяч кубических километров, что сопоставимо с объемом воды в озере Верхнее — самом крупном и глубоком из Великих североамериканских озер.
Георадар RoPeR также показал, что породы под Равниной Утопия обладают выраженной слоистостью, а значит, их отложение происходило в водной среде. По мнению ученых, в позднегесперийское — раннеамазонийское время (3,5-3,2 миллиарда лет назад) кратер периодически заполнялся водой, что и привело к слоистости.
Три миллиарда лет назад эпоха жидкой воды на Марсе закончилась, и слоистые породы оказались погребенными под толщей реголита, состоящего из пыли и мелких обломков. При этом ученые не исключают, что на глубине в поровых ловушках до сих пор остаются высокоминерализованные растворы.
Недавно китайские ученые сообщили еще об одном открытии: на глубине около 35 метров от поверхности георадар “Чжужуна” обнаружил клиновидные полигональные структуры размером до нескольких десятков метров в поперечнике. На пути в 1,9 километра прибор зафиксировал 16 таких многоугольников, что предполагает их широкое распространение под всей Равниной Утопия.
Исследователи считают, что загадочные подземные структуры образовались непосредственно в конце или уже после окончания “влажной” эпохи. Первоначально это были поверхностные формы рельефа, которые опустились на глубину в результате более поздних геологических процессов.
В соответствии с моделью, предложенной авторами, когда вода из кратера ушла, глинистый осадок на его дне высох и растрескался. В трещины проникала влага: с глубины — в результате подъема грунтовых вод и диффузии пара, образующегося при сублимации порового льда, и с поверхности — в виде снега. При замерзании вода и почва, заполнявшие трещины, работали как клинья.
В результате циклического процесса замерзания и оттаивания, продолжавшегося миллионы лет, сформировался своеобразный мелкобугристый рельеф. Примерно 3,2-2,9 миллиарда лет назад условия на поверхности Марса резко изменились: климат стал более сухим и холодным. Полигональный рельеф подвергся эрозии, а его остатки оказались под слоем реголита.
Похожие полигональные структуры и сегодня широко распространены на поверхности Марса. Они появляются каждый год весной в приполярных областях планеты. Впервые их заметили в 2006-м на снимках камеры высокого разрешения HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment), размещенной на борту космического аппарата Mars Reconnaissance Orbiter.
Исследователи из Аризонского университета, проанализировав изображения камеры HiRISE, пришли к выводу, что похожие на соты струкртуры — результат сезонных превращений воды и углекислого газа. Вмерзший в реголит водяной и сухой лед расщепляет его на многоугольники, по границам которых выступают на поверхность твердые коренные породы. А в центральных частях “сот” собираются рыхлые песчаные или пылевидные отложения. Когда весной температура повышается, подповерхностный лед сразу переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.
Ученые считают, что примерно так же образуются знаменитые полигональные дюны, которые камера HiRISE фиксировала ранее на плоском дне многих марсианских кратеров. Ветры выдувают пыль и песчинки, а лед, заполняющий трещины, образует многоугольные гребни.
На детальных изображениях внутри крупномасштабных полигонов видна сеть более мелких многоугольников. По форме они напоминают трещины усыхания на дне высохших озер.