В 2007 году группа геохимиков из Цюриха заставила задуматься даже видавших виды планетологов. Они не запускали зондов и не бурили скважин — они просто сжали смесь металлов и серы в лабораторной «наковальне высокого давления» и получили результат, который перевернул представления о недрах Марса. Оказалось, что ядро Красной планеты, скорее всего, жидкое, а застывает оно совсем не так, как земное. И это открытие породило больше вопросов, чем ответов.

Наковальня, давление и марсианский рецепт

Эксперимент, проведённый под руководством Эндрю Стюарта (Andrew Stewart) из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETHZ), был обманчиво прост. Учёные взяли смесь железа, никеля и серы в пропорциях, предположительно соответствующих марсианским недрам, нагрели её и подвергли давлению в 40 гигапаскалей. Для этого использовалась установка, которую исследователи называют «наковальней высокого давления» — о её детальном устройстве, к сожалению, почти ничего не сообщается, но именно она позволила воссоздать условия, царящие в центре планеты. И результат оказался неожиданным: при таких параметрах вещество остаётся жидким. Значит, и ядро Марса сегодня пребывает в расплавленном состоянии.

Это тем более удивительно, что земное ядро, несмотря на схожий химический состав, в центре твёрдое. Разница, по всей видимости, кроется в содержании серы и в том, как именно планета остывала на протяжении миллиардов лет. Марс, будучи меньше Земли, терял тепло иначе, и его недра пошли по собственному пути.

Два сценария застывания — и ни одного земного

По мере остывания марсианское ядро будет твердеть, но, как выяснил Стюарт, этот процесс может развиваться по одной из двух «стратегий», и обе разительно отличаются от земной.

Первый вариант предполагает, что затвердевание начнётся с внешнего слоя ядра. В этом случае в расплаве станут формироваться никелево-железные кристаллы, которые, словно снег, будут опускаться вглубь. Постепенно внутри планеты соберётся гигантский металлический «ком» — твёрдое ядро, окружённое жидкой оболочкой.

Второй сценарий рисует иную картину: кристаллизация начнётся изнутри, но состоять твёрдая фаза будет не из металлов, а из сульфидов. Иными словами, сернистые соединения станут тем «скелетом», вокруг которого будет формироваться твёрдое ядро.

Какой из этих путей реализуется на Марсе, зависит от концентрации серы — параметра, который пока известен лишь приблизительно. Сам Стюарт не исключает, что процесс отвердения уже идёт, но в любом случае он займёт миллиарды лет.

Магнитная загадка: почему поле исчезло?

Самая интригующая часть открытия — его нестыковка с наблюдаемыми фактами. Жидкое металлическое ядро, согласно общепринятым моделям, должно порождать мощное магнитное поле за счёт конвективных движений расплава. У Земли именно так и работает геодинамо. Но у Марса глобального магнитного поля сегодня нет — есть лишь слабые остаточные намагниченности в коре, зафиксированные орбитальными аппаратами.

Если модель Стюарта верна, то перед геологами встаёт непростой вопрос: куда делось марсианское динамо? Возможно, конвекция в ядре по какой-то причине остановилась, хотя само оно осталось жидким. Или же содержание серы таково, что движение расплава не способно генерировать поле. А может быть, в прошлом поле существовало, но планета утратила его сравнительно недавно по геологическим меркам — и тогда следы этого перелома должны сохраниться в породах.

Кстати, мы уже касались темы марсианских аномалий — от голубого участка на Фобосе до загадочных оврагов, которые, возможно, промыла кипящая в вакууме вода. Но вопрос о внутреннем устройстве планеты стоит особняком: он напрямую связан с тем, сможем ли мы когда-нибудь понять, почему Марс стал таким, каким мы его видим.

Что дальше?

Эксперимент цюрихской группы — лишь первый шаг. Чтобы проверить обе гипотезы отвердевания, нужны более точные данные о составе марсианской мантии и ядра. Часть ответов могут дать сейсмические измерения — именно так, например, было подтверждено существование жидкого внешнего ядра Земли. Марсианские миссии с сейсмометрами уже работали на поверхности, но их данных пока недостаточно для окончательных выводов.

Пока же остаётся восхищаться тем, как лабораторная «наковальня» способна пролить свет на процессы, скрытые под сотнями километров базальта и ржавой пыли. И помнить, что даже такая, казалось бы, изученная планета, как Марс, способна преподносить сюрпризы, достойные Александра Дюма: «Бывают услуги настолько бесценные, что отплатить за них можно только неблагодарностью». Быть может, и марсианское ядро, оставаясь жидким, отплатило нам загадкой, которую мы пока не в силах разгадать.