Ученые с помощью спутниковых радиолокационных данных Автоматической межпланетной станции НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) обнаружили в северной полярной шапке Красной планеты следы самого последнего марсианского ледникового периода.

Новые результаты согласуются с предыдущими, которые указывают на ледниковый период, закончившийся около 400 000 лет назад, и дают возможность оценить, сколько льда накопилось на полюсах с тех пор.

Выводы, опубликованные в выпуске журнала Science от 27 мая, помогут усовершенствовать климатические модели прошлого и будущего Красной планеты, что позволит ученым определить, как лед перемещается между полюсами и средними широтами и в каких объемах.

Марс имеет яркие полярные шапки льда, которые хорошо видны в телескопы с Земли. Как показали наблюдения, сезонный ледяной покров из двуокиси углерода и снега наступает и отступает на полюсах в течение марсианского года. В летнее время на севере планеты оставшаяся северная полярная шапка вся состоит из водяного льда; южная шапка — также из водяного льда, покрытого относительно тонким слоем двуокиси углерода.

Но Марс претерпевает изменения в наклоне своей оси и форме своей орбиты на протяжении сотен тысяч лет. Это вызывает существенные изменения в климате планеты, включая оледенения. Земля имеет аналогичные, но менее изменчивые фазы, называемые циклами Миланковича.

Ученые используют данные радара MRO Shallow Subsurface Radar (SHARAD) для получения изображений, называемых radargrams, на которых представлены вертикальные срезы льда и пыли, содержащихся в марсианских полярных отложениях. В ходе нового исследования были проанализированы сотни таких изображений, для того чтобы выявить различия в свойствах слоев.

Исследователи определили границу во льду, которая простирается по всей северной полярной шапке. Выше границы слои накапливаются очень быстро и равномерно, в отличие от слоев под ней.

«Слои, расположенные выше на несколько сотен метров, указывают на период эрозии, сменившийся периодом быстрого накопления, что мы наблюдаем сегодня», — отметил планетолог и ведущий автор исследования Исаак Смит, который в настоящее время является сотрудником Планетологического института США в Тусоне (штат Аризона).

На Земле ледниковые периоды происходили, когда полярные регионы и высокие широты становились холоднее, чем в среднем в течение тысяч лет, в результате чего ледники росли в сторону средних широт. В противоположность этому оледенение Марса связано с увеличением наклона оси планеты, когда ее полюса становятся теплее, чем более низкие широты. В такие периоды полярные шапки отступают и водяной пар мигрирует в сторону экватора, образуя скопления подземных льдов и ледников в средних широтах. По мере того как теплый полярный период заканчивается, полярный лед начинает накапливаться снова, в то время как в средних широтах количество льда сокращается. Именно это отступление и нарастание полярных льдов Смит и его коллеги увидели в данных, собранных с помощью анализа радиолокационных изображений SHARAD.

Увеличение полярных льдов после ледникового периода в средних широтах также предполагают климатические модели, которые отражают круговое движение льда по планете в соответствии с орбитальными свойствами Марса, особенно наклоном его оси. Согласно этим моделям, последний марсианский ледниковый период закончился около 400 000 лет назад, когда полюса начали остывать относительно экватора; и с тех пор полярные отложения могли стать толще на 300 м.

Верхний слой, определенный Смитом и его коллегами, достигает максимальной толщины 320 м по всей полярной шапке, что эквивалентно глобальному слою льда толщиной 60 см. То есть по существу такой вывод совпадает с модельными прогнозами, сделанными другими исследователями в 2003 и 2007 годах.

«Это говорит о том, что мы действительно установили самый последний марсианский ледниковый период и восстановление роста полярных льдов с тех пор. С помощью таких измерений мы можем расширить наши знания о том, сколько воды перемещается между полюсами и другими широтами, что в свою очередь позволит лучше понять марсианский климат», — пояснил Смит.

После 10 лет функционирования на орбите Автоматическая межпланетная станция НАСА (Mars Reconnaissance Orbiter, или АМС) и ее шесть научных инструментов все еще находятся в отличном состоянии. «Продолжительность миссии дала возможность улучшить радиолокационный охват марсианских полюсов и получить больше сведений. Долгое пребывание на орбите и мощные 3D-инструменты открывают все новые тайны климатического прошлого Марса», — рассказал Ричард Журек, ученый проекта миссии из Лаборатории реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния.

Инструмент SHARAD предоставило для работы на АМС итальянское космическое агентство, операциями руководит Римский университет Ла Сапиенца. Лаборатория реактивного движения и подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене руководят миссией по заказу Управления научных полетов НАСА в Вашингтоне. Также поддержкой работы орбитального аппарата занимается создавшая его компания Lockheed Martin Space Systems.