Новости науки 05.03.02 Первые данные "Марсианской Одиссеи" - грунтовый лед

Аппарат NASA "Одиссей", запущенный в апреле прошлого года, о чем мы сообщали в новости за 07.04.01, прилетел к Марсу в октябре, затем выходил на конечную орбиту с помощью аэроторможения (см. новость за 25.10.01 и, наконец, стал выдавать научные результаты. Главный результат на настоящий момент - обнаружение значительного количества воды (льда) в верхних слоях грунта на высоких широтах южного полушария Марса.

О первом прямом наблюдении признаков водяного льда в верхних слоях марсианского грунта сообщается в пресс-релизе NASA от 1 марта. Пресс-релиз, как и большинство прессс-релизов NASA, написан плохо и не содержит конкретных данных. Однако, есть нормальное описание методики и результатов , написанное участниками эксперимента.

Признаки больших количеств грунтового льда были получены независимо с помощью трех инструментов: Гамма-детектора, Нейтронного спектрометра и Детектора нейтронов высоких энергий. Методика состоит в следующем.

Поверхность Марса облучается космическими частицами высоких энергий, которые, взаимодействуя в грунте, дают каскады вторичных частиц. Значительную часть вторичных частиц составляют нейтроны средних энергий (десятки МэВ и выше) и дальнейшая судьба этих нейтронов зависит от состава грунта. Нейтроны успевают много раз рассеяться на ядрах вещества грунта прежде чем вылетят наружу либо поглотятся. В сухом грунте все ядра (кислород, кремний, углерод, железо и т.п.) гораздо тяжелее нейтрона и при рассеянии на них он теряет мало энергии. При наличии воды есть еще и водород, который является очень эффективным замедлителем нейтронов (при столкновении нейтрона с протоном из-за примерного равенства масс в среднем передается порядка половины энергии при каждом столкновении). Поэтому присутствие водорода в грунте сказывается на спектре вылетающих нейтронов: чем больше воды, тем меньше быстрых и промежуточных нейтронов и тем больше тепловых. Далее, замедлившиеся тепловые нейтроны могут захватываться протонами (ядрами водорода) с образованием ядер дейтерия. При этом испускаются гамма кванты с фиксированной энергией 2.22 МэВ, регистрирующиеся Гамма-детектором Одиссея. Быстрые и промежуточные (надтепловые) нейтроны регистрировались Детектором нейтронов высоких энергий и Нейтронным спектрометром соответственно.

Рис. 1

На рис. 1 показан спектр гамма-квантов, на котором виден четкий пик от реакции захвата нейтронов водородом. К сожалению, не указан масштаб по осям - пик, как сказано выше, должен приходится на 2.22 МэВ. Асимметричная форма пика связана с комптоновским рассеянием гамма-квантов в детекторе при котором фотон может вылететь, оставив в детекторе лишь часть своей энергии. На высоких широтах (южнее 60 градусов) пик захвата гораздо выше чем для умеренных широт, что говорит о том, что лед сосредоточен преимущественно на высоких широтах в соответствии с результатами теоретических оценок, сделанных задолго до полета Одиссея.

Рис. 2

Та же картина подтверждается результатами измерений потоков быстрых и надтепловых нейтронов (рис. 2 и 3 соответственно). Поток нейтронов, измеренный при разных координатах Одиссея, показан цветом, наложенным на карту Марса: красный цвет - много быстрых нейтронов (мало воды), синий цвет - мало нейтронов (много воды). Цветовая шкала темпа счета нейтронов приведена на рисунках. Видна довольно четкая граница распространения подземного льда в районе 60-ой параллели.

Рис. 3

Таким образом, присутствие льда подтверждаются тремя независимыми методами измерения. Авторы эксперимента пока не могут сказать, какова именно концентрация грунтового льда, утверждается лишь что она значительна, по крайней мере несколько процентов. Метод позволяет чувствовать лед на глубине до метров (глубина диффузии нейтронов). Малая концентрация зарегистрированной воды на умеренных широтах объясняется испарением приповерхностного льда за счет более высоких температур (что не исключает запасов более глубокого льда). Область приполярного грунтового льда гораздо больше размеров остаточной (летней) южной полярной шапки. Последняя тоже содержит водяной лед, но в смеси с сухим льдом - твердой углекислотой.

Авторы эксперимента обещают в течение нескольких месяцев сделать более точные оценки, представить данные другим специалистам и опубликовать результаты. Сбор данных, который позволит составить детальную карту марсианского грунтового льда, продлится около двух лет.

перейти к началу страницы