Долины Маринера: как сформировался крупнейший каньон Солнечной системы

Долины Маринера (лат. Valles Marineris) — крупнейшая система каньонов в Солнечной системе. Она простирается более чем на 4 000 километров вдоль марсианского экватора.

Ширина этого образования достигает 600 километров, а глубина — 11 километров. Для сравнения: знаменитый Большой каньон в США, являющийся крупнейшей системой каньонов на Земле, имеет протяженность около 446 километров; его ширина достигает 29 километров, а глубина — 1,8 километра.

Если бы Долины Маринера оказались на Земле, они протянулись бы примерно от Москвы до Ташкента.

Свое название долины получили в честь орбитального аппарата NASA "Маринер-9", который в 1971 году обнаружил их и передал на Землю первые изображения.

Формирование Долин Маринера началось миллиарды лет назад, когда Марс был значительно более геологически активной планетой. Имеющиеся данные, вкупе с моделированием, показывают, что эта гигантская система каньонов возникла в два этапа: сначала появился тектонический разлом, а затем его углубили процессы эрозии.

Тектонический разлом

Основная причина появления Долин Маринера связана с формированием вулканического плато Фарсида — огромного нагорья к западу от каньонов. В этом регионе расположены четыре гигантских потухших вулкана, включая Олимп — самую высокую гору в Солнечной системе.

Когда в недрах Марса поднимались огромные массы магмы, кора планеты испытывала колоссальное напряжение. Она растягивалась и трескалась, образуя гигантские разломы. В результате на поверхности Марса появилась глубокая трещина протяженностью тысячи километров — зачаток будущих Долин Маринера.

Эрозионные механизмы

Однако тектонический разлом заложил лишь основу этой мегаструктуры. Формирование каньонов продолжилось позже, когда в игру вступили процессы эрозии.

Миллиарды лет назад атмосфера Марса была намного плотнее, а на поверхности стабильно присутствовала жидкая вода, потоки которой углубляли разломы, разрушали стенки и вымывали породу, постепенно расширяя каньоны.

Позднее, когда Марс утратил большую часть своей атмосферы и воды, ключевым фактором дальнейшего разрушения пород стала ветровая эрозия. Глобальные пыльные бури, иногда охватывающие всю Красную планету, медленно стачивали стенки каньонов и уносили мелкие частицы породы. Примечательно, что этот процесс продолжается и сегодня, хотя его масштабы значительно меньше, чем в прошлом.

Геологический архив Марса

Снимки, полученные орбитальными аппаратами Европейского космического агентства "Марс-экспресс", NASA "Викинг-1", "Викинг-2", Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) и "Марс Одиссей", Китайского национального космического управления "Тяньвэнь-1", Индийского космического агентства "Мангальян" и космического агентства ОАЭ "Аль-Амаль", показывают сложную слоистую структуру стенок каньонов. Это подтверждает гипотезу поэтапного формирования долин, а также отражает изменения климата и геологической активности Марса.

Сбор образцов из разных регионов Долин Маринера с их последующей доставкой на Землю для анализа в лабораториях позволил бы восполнить множество пробелов в истории Марса. Мы могли бы узнать гораздо больше о древней вулканической и тектонической активности, о том, сколько воды было на поверхности и куда она делась, как менялся климат и как Марс терял атмосферу. Но миссия такого формата, если однажды и будет организована, вряд ли состоится в ближайшее десятилетие.

Что на самом деле ищут роверы на Марсе?

Утро в марсианском кратере Гейла. Холодный, пыльный пейзаж, освещенный бледным солнечным светом. Цветное изображение было получено 8 января 2018 года ровером NASA Curiosity.

Кратер Гейла — одно из самых интересных мест на Марсе. Его диаметр составляет около 154 километров, а в центре возвышается гора Шарп — гигантская структура высотой более пяти километров. Ее многослойная структура представляет собой своего рода "архив", в котором записана климатическая история планеты.

Именно здесь работает ровер Curiosity с 6 августа 2012 года, изучая породы и пытаясь понять, были ли когда-то на Марсе условия, пригодные для жизни.

Любопытно, что ни Curiosity, ни его младший "брат" Perseverance не способны напрямую обнаружить жизнь на Марсе. Но они и не ищут саму жизнь — они пытаются выяснить, были ли когда-то на Марсе условия, пригодные для ее существования.

Связано это с ограничениями их оборудования. На борту нет инструментов, которые могли бы однозначно зафиксировать микроорганизмы или, например, окаменелые остатки древней жизни. Это слишком сложная задача для автономных аппаратов, работающих в среднем за 225 миллионов километров от Земли.

Зато у них есть способность анализировать химический состав пород и атмосферы. И в этом они преуспели.

Оба ровера уже обнаружили на Марсе органические соединения — углеродсодержащие молекулы, которые считаются важными "кирпичиками" жизни. Curiosity нашел древнюю органику в осадочных породах кратера Гейла, а Perseverance зафиксировал разнообразные органические молекулы в кратере Езеро, где он находится с 18 февраля 2021 года. Кроме того, Curiosity выявил сезонные колебания метана в атмосфере — газа, который на Земле нередко связан с биологической активностью, хотя на Марсе он может иметь и небиологическое происхождение.

Все это не является однозначным доказательством присутствия жизни, но расценивается как важный сигнал: когда-то на Марсе могли существовать условия, пригодные для ее возникновения.

Перед Perseverance стоит еще одна задача. Он не только анализирует образцы, но и собирает их для будущей доставки на Землю. Ровер бурит породу, извлекает керны и герметично запечатывает их в специальные контейнеры. Обычно Perseverance берет пары образцов, оставляя один экземпляр у себя "в животе", а дубликат — на поверхности. Делается это на тот случай, если с марсоходом что-то произойдет и достать образцы из него не получится. В таком случае на Марс можно будет отправить небольшие дроны, которые соберут дубликаты.

К сожалению, в настоящее время у NASA финансовые проблемы, поэтому миссия по доставке образцов повисла в воздухе.

Иногда я фантазирую о том, как наука объединяет все человечество и Китайское национальное космическое управление (CNSA) предлагает NASA организовать совместную миссию по доставке образцов, научную ценность которой трудно переоценить.

Если однажды марсианский грунт все же окажется в земных лабораториях, то более точные методы анализа — те, которые невозможно реализовать с помощью роверов, — способны обеспечить определенность в вопросе о том, была ли на Марсе когда-то жизнь.

Гигантский "шрам" Марса

Перед вами часть Долины Маринера (лат. Valles Marineris), крупнейшей системы каньонов в Солнечной системе, запечатленная китайским орбитальным аппаратом "Тяньвэнь-1" в начале 2022 года. Изображение было получено с высоты в 762 километра в рамках полного картографирования поверхности планеты.

Долины Маринера простираются более чем на 4 000 километров — почти четверть окружности Красной планеты — и достигают глубины около 11 километров. Для сравнения: Большой каньон в США в 10 раз короче и почти в 5 раз мельче. Если бы эта структура находилась на Земле, то она протянулась бы от Москвы до Ташкента.

Считается, что формирование Долин Маринера началось миллиарды лет назад как тектонический разлом, связанный с образованием вулканического плато Фарсида (огромное вулканическое нагорье к западу от долин Маринера, где расположены четыре гигантских потухших вулкана, включая Олимп). Затем в игру вступила эрозия — водная и ветровая, — которая углубила и расширила первоначальный разлом, создав эту колоссальную систему каньонов, которую мы наблюдаем сегодня.

Космический аппарат "Тяньвэнь-1" прибыл к Марсу 10 февраля 2021 года, а 14 мая спустил на его поверхность ровер Zhurong — первый и сразу успешный опыт Поднебесной в освоении Красной планеты. Орбитальный аппарат завершил полное картографирование в июне 2022 года, выполнив 1 344 витка.

Откуда на Марсе кислород?

Когда инструменты марсохода NASA Curiosity, находящегося на Красной планете с 6 августа 2012 года, зафиксировали в разреженной атмосфере присутствие молекулярного кислорода (O2), это стало неожиданностью.

Сегодня известно, что на кислород приходится всего около 0,13–0,16% от объема марсианской атмосферы, состоящей на 95% из углекислого газа (CO2). Это ничтожно мало по земным меркам, но факт его присутствия заслуживает особого внимания.

Итак, откуда на холодной и сухой планете, где нет ни растений, ни водорослей, ни каких-либо других организмов*, способных к фотосинтезу, взялся O2, запасы которого пополняются?

*По сей день никаких убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Поэтому исходим из этого факта.

Фотохимия атмосферы

Исследования показывают, что основным источником кислорода на Марсе являются фотохимические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы CO2 и небольшого количества водяного пара (H2O) распадаются, высвобождая атомы кислорода. Часть этих атомов ненадолго объединяется в молекулы O2, которые после череды фотохимических реакций снова оказываются связанными в составе CO2.

Данная модель прекрасно объясняет присутствие кислорода в марсианской атмосфере. На этом можно было бы и закончить статью, но...

Загадочные сезонные колебания

В 2019 году Curiosity, продолжая свою работу в кратере Гейла, обнаружил, что колебания уровня кислорода в атмосфере демонстрируют более сильную сезонную зависимость, чем предсказывает фотохимическая модель. Так, в весенне-летний период уровень O2 возрастает почти на 30%, а осенью и зимой возвращается к исходным значениям.

В попытках объяснить эту аномалию ученые выдвинули две гипотезы:

Роль марсианского грунта

Марсианский реголит насыщен перхлоратами — солями, содержащими кислород в связанном виде. Лабораторные эксперименты вкупе с моделированием показывают, что под воздействием радиации такие соединения могут разлагаться, высвобождая реакционноспособные кислородсодержащие продукты, включая молекулярный кислород.

Пока доподлинно неизвестно, может ли этот механизм полностью объяснить наблюдаемую сезонность, но на роль потенциального источника "дополнительного" кислорода он определенно подходит.

Подповерхностная вода и радиолиз

Вторая гипотеза связана с залежами подповерхностного льда и возможным наличием карманов с рассолами — локальных скоплений воды с очень высокой концентрацией растворенных солей, что позволяет ей оставаться жидкой даже при очень низких температурах.

Учитывая, что Марс лишен надежной магнитосферы и плотной атмосферы, поверхности достигает большое количество космической радиации, которая, проникая в грунт, способна расщеплять молекулы воды — процесс, известный как радиолиз. В результате образуются кислородсодержащие соединения, способные вносить вклад в наблюдаемую сезонную изменчивость кислорода в атмосфере Марса.

Однако прямых доказательств того, что именно этот процесс заметно влияет на сезонное содержание O2 в атмосфере Марса, пока нет.

Может быть, это жизнь?

Несмотря на то, что традиционно кислород считается одним из лучших биомаркеров, на Марсе его концентрации крайне малы, чтобы приписывать ему биологическое происхождение. То, что было зафиксировано, без проблем укладывается в "абиогенные рамки" — фотохимия, поверхностная и радиационная химия.

Поэтому интерес ученых вызывает не сам факт присутствия O2, а его необычное поведение. Понимание этого механизма позволит лучше понять химические процессы, происходящие на Красной планете сегодня. Следовательно, это поможет уточнить оценки того, насколько Марс вообще мог быть пригоден для жизни в прошлом.

В конце концов, поиски возможных следов марсианской жизни должны начинаться с понимания того, располагала ли когда-нибудь планета-соседка условиями, подходящими для ее зарождения. И пока однозначного ответа нет.

Похоже, на Марсе все же была жизнь

Новое исследование ставит под сомнение "простое" объяснение марсианской органики, которая, согласно наиболее распространенной гипотезе, была занесена на Красную планету метеоритами.

Ученые проанализировали органические соединения, найденные марсоходом NASA Curiosity, и пришли к выводу, что исключительно небиологические процессы не способны обеспечить тот уровень органики, который был выявлен в породах кратера Гейл.

Все началось в марте 2025 года, когда команда Curiosity сообщила об обнаружении небольших количеств декана, ундекана и додекана — это углеводороды с цепочками из 10–12 атомов углерода, крупнейшие органические молекулы, зафиксированные на Марсе на тот момент.

Было выдвинуто предположение, что эти соединения могут быть продуктами распада жирных кислот, законсервированных в древнем аргиллите (глинистом сланце) в районе бывшего озера, которым когда-то был кратер Гейл.

Проблема в том, что по данным одного лишь марсохода невозможно точно установить, откуда именно взялись эти молекулы. На Земле жирные кислоты обычно связаны с жизнью (например, с мембранами клеток), но также известно, что часть сложной органики может "собираться" и абиотическим путем — в ходе геологической активности или доставляться в готовом виде на "борту" метеоритов.

Тогда авторы нового исследования предприняли следующий шаг: они начали перебирать реалистичные небиологические источники и оценивать, сколько органики те могли бы дать в подобных условиях, учитывая высокий уровень радиационного фона на поверхности Марса, ответственный за разрушение органики. Ученые прибегли к лабораторным экспериментам, математическому моделированию и повторному анализу данных Curiosity, чтобы прикинуть, какой запас органики должен был быть в породе до разрушения — условно они "отмотали назад" на десятки миллионов лет.

Полученная оценка оказалась намного выше того, на что способны типичные небиологические сценарии. Отсюда осторожный вывод: абиотические процессы не способны объяснить обнаруженное количество органики, поэтому вполне разумно допустить источник биологического происхождения.

Важно понимать, что перед нами не неопровержимое доказательство наличия жизни на Марсе. Авторы исследования отмечают, что нужны дополнительные данные, прежде чем делать однозначные выводы. Но ситуация становится крайне интересной: впервые привычных небиологических объяснений недостаточно. Если новые данные подтвердят текущие выводы, то перед нами будет один из самых сильных аргументов в пользу того, что жизнь на Красной планете все же когда-то была (или, возможно, есть до сих пор).

Загадочные впадины Марса: что скрывается под поверхностью Красной планеты?

Более полувека человечество изучает Марс с помощью орбитальных аппаратов, роверов и посадочных станций. За это время мы узнали о Красной планете невероятно много — несравнимо больше, чем за все предыдущие столетия наблюдений через наземные телескопы.

Но некоторые марсианские загадки до сих пор остаются без ответа. И чем больше мы смотрим на эту планету-соседку, тем больше вопросов возникает...

На снимке, представленном ниже, запечатлены странные впадины, которые были обнаружены к югу от Великой Северной равнины (крупнейшей низменности Марса, окружающей северный полярный регион), у границы древнего нагорья.

Структура этих природных образований сразу приковывает внимание: разломы четко указывают на обрушение к единой точке — словно поверхность провалилась внутрь, и грунт начал "ползти" к некоему скрытому центру.

На Земле аналогичные структуры встречаются над подледными вулканами. Механизм их появления прост: когда приближается извержение и тепло растапливает основание ледника, он проседает и трескается именно таким характерным образом — радиальные разломы, направленные к источнику тепла.

Но здесь возникает загадка.

Ученые полагают, что под марсианским нагорьем, попавшим в кадр, скрываются огромные запасы подповерхностного водяного льда, так как это объяснило бы характер обрушения. Однако в этом регионе нет очевидных следов недавней вулканической активности. Никаких лавовых потоков, никаких вулканических конусов поблизости.

Что же тогда привело к обрушению льда? Может ли Марс оставаться вулканически активным телом по сей день? Если это так, то активность должна быть намного слабее земной и зреть глубоко под поверхностью, чтобы оставаться неуловимой для наших инструментов. Или, может быть, существует какой-то иной механизм, о котором мы пока не догадываемся?

Марс явно умеет хранить свои тайны. И стоит нам разгадать эту загадку, как на ее месте появятся минимум две новые.

Марс и его атмосфера

Этот исторический кадр, полученный 30 июля 1976 года орбитальным аппаратом NASA "Викинг-1", демонстрирует испещренную кратерами поверхность Красной планеты и прослойку разреженной углекислотной атмосферы на горизонте.

Левее центра виден кратер Галле диаметром 230 километров, расположенный на восточном краю гигантского бассейна Аргир. Это ударное образование неофициально называют "смайлик" из-за изогнутой горной гряды и двух меньших горных скоплений, которые в совокупности напоминают улыбающееся лицо — яркий пример парейдолии.

Орбитальные аппараты программы "Викинг" картографировали поверхность Марса с разрешением 150–300 метров на пиксель, а некоторые области были сняты с разрешением до 8 метров на пиксель. "Викинг-1" проработал на орбите Красной планеты до 17 августа 1980 года, передав бесценные данные, которые проложили путь для всех последующих марсианских миссий.