Поверхность Марс покрыта очень твердой коркой соляного раствора
В январе 2019 года на месте посадки миссии NASA InSight на марсианскую почву был установлен прибор, разработанный Немецким аэрокосмическим центром (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR).
Это устройство получило прозвище Крот (официальное название HP3). За четыре года оно сделало небольшую, но высоко оцененную «карьеру» в планетарных исследованиях. Он был разработан для того, чтобы проникнуть в грунт на глубину до 5 метров и измерить тепловые потоки на этой глубине. Но Крот сразу столкнулся с проблемами и в итоге приник только на 40 см.
Несмотря на это, анализ полученных прибором измерений ежедневных и сезонных колебаний температуры на поверхности и под ней позволил получить новые результаты: температура в верхних 40 сантиметрах марсианского грунта способствует образованию соляной корки, известной как «дюрикруст», которая делает почву особенно прочной.
В течение почти четырех земных лет (то есть двух марсианских лет), когда InSight проводил эксперименты на марсианской поверхности, Крот продолжал вгрызаться в марсианскую поверхность.
Эксперимент HP3 DLR, предназначенный для измерения теплового потока из недр Марса, оказался лишь частично успешным. Попытки пройти глубже в грунт были прекращены в начале 2021 года. Результаты измерений температуры опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Проникновение в недра Марса
Такая твердость марсианского грунта не предполагалась на основании данных орбитального аппарата. Кроту удалось проникнуть на глубину чуть более 40 сантиметров. После завершения испытаний его бур был перепрофилирован в тепловой зонд.
«В течение семи марсианских дней мы измеряли теплопроводность и колебания температуры через короткие промежутки времени», — говорит соавтор работы Тильман Шпон, руководитель эксперимента HP3 в Институте планетарных исследований DLR — «Кроме того, мы постоянно измеряли самые высокие и самые низкие дневные температуры в течение второго марсианского года. Средняя температура на глубине 40 сантиметров составила минус 56 градусов Цельсия (217,5 Кельвина)».
Температура приповерхностного марсианского грунта влияет на различные физические свойства, включая упругость почвы, скорость сейсмических волн, теплопроводность и теплоемкость.
«Температура оказывает сильное влияние на химические реакции, происходящие в почве, на обмен с молекулами газов в атмосфере, а значит, и на потенциальные биологические процессы, связанные с возможной микробной жизнью на Марсе», — говорит Шпон. — «Эти сведения о свойствах и прочности марсианского грунта также представляют особый интерес для будущих исследований Марса человеком».
Кристаллизованные солевые растворы упрочняют марсианский грунт
Температура грунта в течение марсианского дня колебалась на глубине всего на 5-7 градусов, что составляет лишь малую долю от 110-130-градусных колебаний, наблюдаемых на поверхности.
Это свидетельствует о том, что марсианский грунт выступает в качестве отличного изолятора, уменьшая перепады температуры на небольшой глубине в 10-20 раз.
Сезонно температура на глубине колебалась на 13 градусов и оставалась ниже точки замерзания воды. Такая температура способствует образованию тонких пленок жидкого соленого рассола в течение десяти и более часов в течение марсианского дня зимой и весной, когда в атмосфере достаточно влаги. Застывание этого рассола является наиболее вероятным объяснением наблюдаемого слоя дюрикруста толщиной около 20 сантиметров, состоящего из затвердевшего, связного песка. Ученые считают, что этот затвердевший слой был основным фактором, не позволившим зонду миссии проникнуть на большую глубину.