Два исследования, проведенные учеными из Planetary Science Institute (PSI), представили новые глобальные карты, которые показывают области с наибольшей вероятностью существования водяного льда под поверхностью Марса. Эти работы, опубликованные в журнале The Planetary Science Journal, также предлагают новый метод оценки степени достоверности этих оценок, что важно для планирования будущих пилотируемых миссий на планету.
Исследования являются частью проекта Mars Subsurface Water Ice Mapping (SWIM) и направлены на определение регионов, которые могут предоставить ресурсы для астронавтов. Помимо указания мест, где лед, вероятно, присутствует, ученые выделяют зоны, по которым необходимы дополнительные данные перед тем, как они смогут быть рассмотрены для человеческой экспансии.
Тепловые карты помогают обнаружить лед под поверхностью
В настоящее время водяной лед не может долго сохраняться на большей части поверхности Марса. Из-за крайне разреженной атмосферы планеты лед подвержен сублимации, переходя непосредственно из твердого состояния в газообразное.
Предыдущие миссии, такие как зонд Phoenix, уже обнаруживали погребенный лед в регионах высоких широт, всего в нескольких сантиметрах от поверхности. В районах, более близких к средним широтам — которые считаются более подходящими для будущих операций человека — астронавтам, вероятно, придется копать глубже, чтобы найти его.
По словам Ханны Сиземор, одной из руководителей исследования, лед, извлеченный из недр, может быть преобразован в гидразин — топливо, которое можно использовать для обратного полета на Землю. Эта концепция входит в так называемое использование местных ресурсов (ISRU), стратегия, которая может снизить массу и стоимость пилотируемой миссии.
Для создания карт команда использовала данные от Thermal Emission Spectrometer (TES) миссии Mars Global Surveyor и Mars Climate Sounder (MCS), установленного на орбитальном аппарате Mars Reconnaissance Orbiter, оба принадлежат NASA. Эти два инструмента создали тепловые карты планеты, позволяющие наблюдать, как поверхность и атмосфера реагируют на изменения освещенности между днем и ночью, а также в течение марсианских сезонов. Различия в скоростях нагрева и охлаждения помогают исследователям предполагать, какие материалы находятся прямо под поверхностью, на глубине около одного метра.
Сравнение моделей повышает надежность
Новое исследование Сиземор сравнило карты проекта SWIM с двумя другими картами, разработанными разными группами с использованием различных методологий для обработки одних и тех же данных. Исследовательница отмечает, что оценка глубины льда на основе тепловых измерений, выполненных на орбите, является сложным процессом. Различия между инструментами, численными моделями и даже атмосферными условиями Марса, такими как количество пыли, могут искажать результаты.
Поэтому объединение карт, полученных с использованием разных наборов данных, гипотез и моделей, позволяет повысить уверенность в том, где именно находится лед — особенно в переходных зонах между замерзшими и незамерзшими областями. В целом, карты показали хорошее согласие. Места, где возникли расхождения, были определены как кандидаты для будущих роботизированных миссий, которые смогут собрать новую информацию до возможной пилотируемой экспансии.
Статистика измеряет вероятность обнаружения льда
Вторая статья, возглавляемая Сэмюэлом Курвилл, вводит подход, основанный на вероятности и статистике, для присвоения формальных уровней доверия картам подземного льда. По мнению исследователя, в то время как предыдущие подходы оценивали лишь совместимость орбитальных данных с наличием льда, новый метод явно рассчитывает вероятность его фактического существования в каждой точке.
Сиземор объясняет, что эта методология позволяет трансформировать качественную оценку в количественную оценку. Вместо того чтобы просто указывать, что одна техника обнаружила лед, а другие — нет, становится возможно утверждать, например, что в определенной точке Марса существует 64% шанс найти лед.
Новая технология может заполнить пробел в измерениях
Исследователи подчеркивают, что используемые в настоящее время данные исследуют только первый метр марсианской поверхности. С другой стороны, существующие радиолокационные технологии позволяют картировать лед только на глубинах более пяти метров. Это оставляет промежуточный диапазон, между 1 и 5 метрами, без прямых измерений. Авторы считают, что радар высокой частоты, способный обнаружить лед в этом интервале, значительно повысит надежность карт, созданных проектом SWIM.
Оба исследования включены в специальный выпуск The Planetary Science Journal, посвященный теме «Пилотируемая экспансия Марса: ресурсы и научные цели», который собирает работы, направленные на идентификацию ресурсов и научных целей для будущих миссий человека на планету.
