Утверждают космонавты и мечтатели,
Что на Марсе будут яблони цвести.
Фрагмент популярной песни из х/ф «Мечте навстречу»
музыка: В. Мурадели, слова: Е. Долматовский
По материалам статьи в ArcUser, январь-март 2008 г.
Марсоход «Феникс» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) ищет на поверхности Марса доказательства существовавшей прежде жизни. На Земле ГИС-технологии помогают разобраться, где текли реки и были океаны во времена расцвета Красной планеты.
Введение
Была ли когда-нибудь жизнь на Марсе? Многие хотели бы верить, что недалеко от нас жили братья по разуму. Вероятность того, что жизнь существовала именно на Марсе выше, чем на любой другой планете Солнечной системы. А поскольку все известные формы жизни нуждаются в воде, доказательства того, что прежде по поверхности Марса текла вода, чрезвычайно важны для подтверждения ее существования. И, наоборот, возможность существования жизни не может быть однозначно исключена пока не будет четких доказательств отсутствия на Марсе воды в жидком виде в наше время.
Хотя сама по себе ГИС не может обнаружить жизнь на Марсе, с ее помощью можно более обоснованно поддержать гипотезу о том, что когда-то в прошлом по марсианской поверхности текла вода. Результаты миссий НАСА на Марс позволяют предположить наличие воды на планете. Но эта вода (точнее лед), находящаяся в замерзших водоносных слоях и в ледяной шапке на южном полюсе Марса при средней температуре намного ниже точки замерзания (-60°C), вряд ли может таять в результате незначительных колебаний температуры.
Область Valles Marineris у марсианского экватора с знаменитыми «каналами» Красной планеты. В центре этого Вида находится извилистая область KaseiValles, которая могла сформироваться под действием текущей воды.
Похоже, что процессы эрозии и отложения, связанные с текущей водой, могли сформировать эту часть марсианского ландшафта.
Там, где имеются речные отложения, сеть древних речных долин может быть воссоздана в ArcGIS путем преобразования растра рельефа в векторный формат линейной сети с помощью функции «Поток в Объект».
Тем не менее, изучение снимков с высоким разрешением и анализ марсианской геологии, наряду с детальным изучением моделей рельефа, может показать, что раньше на поверхности Марса присутствовала вода в жидком виде. И для того чтобы понять, где могли течь реки и плескаться морские волны, можно использовать ГИС.
Самым важным компонентом гидрологического анализа поверхности Марса является цифровая модель рельефа (ЦМР). Грид марсианского рельефа с разрешением 462 метра/пиксель по экватору был загружен из доступной в Web интерактивной аналитической базы данных планетарной ГИС Геологической службы США (PIGWAD, см. astrogeology.usgs.gov/Projects/webgis/). Исходные точечные данные о высотах поверхности были собраны Марсианским орбитальным лазерным альтиметром (MOLA) в 1999-2001 годах и в 2002 г. преобразованы в грид рельефа командой MOLA, преимущественно сотрудниками Центра космических полетов им. Р.Х. Годдарда. Грид охватывает всю поверхность Марса между 88°с.ш. и 88°ю.ш. В проведенном гидрологическом анализе использовались данные о рельефе в географической системе координат (десятичные градусы).
Для лучшего визуального восприятия этот грид был преобразован в рельеф с отмывкой. Кроме того, при анализе оказалась очень полезной общая геологическая карта Марса. Из PIGWAD также был загружен шейп-файл геологических формаций Марса.
Поиск речных долин
Линейные объекты, похожие на русла рек, являются одними из наиболее заметных элементов геоморфологии поверхности, которые можно визуально выделить, когда данные с Марса отображаются в приложении ArcGlobe модуля ArcGIS 3D Analyst. И хотя эти объекты можно обнаружить в разных районах планеты, выдающимся примером является территория KaseiValles. Форма этой системы с ровными руслами даже с первого взгляда выглядит как речная сеть или система долин, сформированная под действием водных потоков.
При более детальном рассмотрении объекты в пределах этих долин могут интерпретироваться как результаты флювиальных (речных) процессов. Вдоль русел, напоминающих речные, распознаны многочисленные отмели и острова в форме капель. Образования такой формы могло создать течение, направленное с запада на восток.
Если эта система на самом деле была сформирована текущей водой, то она должна соответствовать основным законам гравитации. Следовательно, она должна вести себя аналогично нашим земным рекам, когда вода течет сверху вниз, всегда выбирая наиболее крутой склон. Потоки формируют сеть сливающихся притоков, создавая все более и более крупные реки. Если это справедливо и для Марса, и высоты поверхности в этих водосборных бассейнах значительно не изменились, то к Марсу можно применить стандартные гидрологические инструменты, имеющиеся в дополнительном модуле ArcGIS Spatial Analyst.
Большинство марсианских возвышенностей испещрены кратерами – доказательствами падений метеоритов.
Обширные низменности северного полушария видимо были защищены от ударов метеоритов в течение значительного времени.
Обширный и глубокий водоём временно закрывал часть северных низменностей, его форма могла быть такой, как показано на этом рисунке.
Для проведения такого анализа выбранная часть цифровой модели рельефа Марса обрабатывалась так же, как и цифровая модель рельефа Земли. Гидрологическая сеть создавалась путем применения серии специализированных гидрологических функций. Хотя эта сеть в ряде мест нарушена вследствие падения метеоритов, и вода в жидкой форме исчезла, общий вид сети древних марсианских рек очень похож на земную. Логично предположить, что взаимосвязанная сеть могла быть сформирована только посредством эрозии и осадочными процессами, связанными с течением жидкости под действием силы тяжести. В принципе, подобные извилистые каналы, похожие на русла рек, могла сформировать и текущая лава. Однако нет явных доказательств того, что данная сеть сформирована потоками лавы, но имеются явные признаки воздействия воды.
Эти относительно крупные сети, напоминающие речные, удалось сформировать только на небольшой части марсианской поверхности. В сумме эти территории занимают менее 10% от общей площади поверхности планеты. Однако отдельные намного более мелкие элементы извилистой формы, похожие на фрагменты речных русел, можно обнаружить во многих местах в различных частях планеты.
Данные сети не имеют разгрузки в единый бассейн, они заканчиваются в большом количестве обособленных бассейнов. Почему эти потоки заканчивались в середине или в неявном месте? Почему реки не текли дальше вниз по уклону? Одним из возможных ответов может быть такой: марсианские реки, так же как и земные, в итоге впадали в океан.
В поисках Океана
Подтверждением гипотезы о том, что на Марсе был океан, служит существование высоко поднятых областей марсианской поверхности с многочисленными метеоритными кратерами. Эти поднятия имеют больший геологический возраст, чем VastitasBorealis–гигантская равнина, занимающая значительную часть северного полушария Марса. Несмотря на то, что на Марсе имеются более 40 тысяч кратеров с диаметром более пяти километров, они не распределены по поверхности планеты равномерно, как можно было бы ожидать. Почему на VastitasBorealis намного меньше кратеров,чем на более поднятой ArabiaTerra, находящейся южнее?
Это различие можно объяснить тем, что в прежние времена равнина VastitasBorealisбыла скрыта под водой, которая предохраняла её от ударов метеоритов. Такой большой водоём, благодаря его размеру, можно считать океаном. Его размер мог быть сравним с Северным Ледовитым океаном Земли с типичной глубиной около 2000 метров. Существование древнего океана могло бы объяснить меньшее количество кратеров на северных низменностях. Относительная плотность кратеров показывает, что геологический возраст поверхностей низменностей значительно меньше, чем у возвышенностей.
Используя цифровую модель рельефа поверхности Марса, можно создать слой, представляющий океан. Границей древнего марсианского моря была выбрана высота в 3,9км. Это значение достаточно условно, однако на сегодняшний день оно считается наиболее правдоподобным. Оно было выбрано по расположению устьевых участков речной сети, созданной в среде ArcGIS. Тем не менее, тут имеется доля неопределенности, поскольку за прошедшее время могли произойти тектонические или другие геологические процессы, вызвавшие изменение высоты поверхности в тех местах, где раньше мог находиться океан. Кроме того, мог меняться и уровень предполагаемого океана на севере Марса.
Что могло случиться с целым океаном воды? Пока не понятно, но исследователи согласны в том, что на Марсе осталось много воды, хотя сейчас она вся находится в замерзшем виде. Но если растает гигантская ледяная шапка на Южном полюсе Марса, и полученная вода будет равномерно распределена по поверхности планеты, она покроет её одиннадцатиметровым слоем.
Заключение
Обнаружение значительного количества объектов, напоминающих песчаные банки и отмели, сформированные текущей водой, остатки древней речной сети и возможность существования древнего океана – наряду с тем фактом, что на Марсе в замерзшем виде по-прежнему имеется вода – подтверждают вывод о том, что когда-то в прошлом климатические условия и достаточное количество воды на планете могли обеспечить существование форм жизни, аналогичной земной.
Дополнительную информацию о Планетарной географии, ссылки на карты, ГИС-данные, изображения и другие материалы по планетам Солнечной системы и их спутникам можно посмотреть на сайте ESRI.
