Один из самых загадочных регионов Красной планеты — Южная полярная шапка — состоит из чередующихся слоев водяного льда, «сухого» углекислого льда и пыли, которые сформировались в результате сезонных и климатических изменений. Верхний слой из замерзшего СО₂ ежегодно испаряется и конденсируется, тогда как глубокие слои остаются стабильными. Результаты ранее проведенных исследований показали, что основание ледника опирается на древние горные породы высоких широт.
Напомним, глубинные слои марсианской поверхности изучают с помощью таких радаров, как MARSIS (установлен на борту европейского зонда Mars Express) и SHARAD (на борту Mars Reconnaissance Orbiter), которые посылают к поверхности радиоволны и принимают отраженный сигнал. Хотя радиоволны частично поглощаются толщей льда, самый яркий отклик поступает от поверхности ледяной шапки. Ее толщина, по оценкам, достигает 1,5-2 километров, а возраст — 10-100 миллионов лет.
В 2018 году необычайно яркие отражения, зарегистрированные MARSIS в основании ледника, интерпретировали как возможные признаки подледных озер — рассолов, сохранивших текучесть при экстремально низких температурах. Если бы гипотеза подтвердилась, то Южная полярная шапка стала бы подходящим кандидатом для поисков возможной жизни на Красной планете.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters, показали, что отражения, зафиксированные MARSIS, можно объяснить не подледными озерами, а участками с осадочными породами или очень гладким основанием ледника. К такому выводу Гарет А. Морган (Gareth A. Morgan) из Планетологического института (США) и коллеги пришли, заглянув под поверхность региона при помощи SHARAD. Существенно увеличить мощность отраженного сигнала удалось, выбрав оптимальный для участка угол обзора антенны (120 градусов).
Хотя SHARAD также уловил сигнал от основания ледникового слоя на глубине около 1,5 километров, он оказался в тысячу раз слабее, чем сигнал MARSIS. Это важно — если бы подо льдом и правда была вода, сигнал был бы очень мощным. Выводы подтвердили с помощью компьютерного моделирования. Свойства отраженного сигнала соответствовали сухим породам с низкой диэлектрической проницаемостью — физической величиной, отражающей силу, с которой вещество ослабляет электрическое поле по сравнению с вакуумом, что типично для замерзших осадков и пыли.
Исследователи также рассмотрели влияние пыли, изменение температуры льда, возможные концентрации солей и даже повышенную электропроводность пород, которая могла бы усиливать отражение на низких частотах. Ни один из сценариев однако не объяснил различие в 30-35 децибел между сигналами двух радаров.
Авторы статьи предположили, что все дело в особенностях рельефа: SHARAD зафиксировал отражение в небольшом гладком участке основания ледника. Последний, судя по всему, представляет собой дно древнего кратера, засыпанного тонким слоем осадков или вулканических пород. Именно его гладкая поверхность могла создать иллюзию подледного озера.
Хотя новые данные не подтверждают наличие жидкой воды под Южной полярной шапкой Марса, исключить существование особых геофизических условий, при которых вода могла бы сохраниться, планетологи не смогли. Окончательно расставить все точки над i позволят будущие миссии, включающие буровые зонды, способные добраться до подледных слоев.