Лёд на северном полюсе Марса: пыли меньше 3% по массе

Пыли в открытом водяном льде у северного полюса Марса, как правило, меньше 3% по массе. Такой вывод сделали Пари Мохан из Эдинбургского университета (Шотландия) и Адитья Кхуллер из Вашингтонского университета (США) в статье, опубликованной в журнале npj Space Exploration 8 сентября 2026 года. Прежние оценки для льда в месте посадки аппарата Phoenix различались между собой в 25 раз, а для отдельных участков доходили до 25% по массе.

Авторы заново обработали данные приборов OMEGA на аппарате Mars Express и CRISM на Mars Reconnaissance Orbiter, а также измерения посадочного модуля Phoenix. Спектры сопоставляли с моделью переноса излучения на основе теории Ми и модифицированного метода дельта-Эддингтона, которая учитывает послойное строение льда и внешнюю смесь пыли со льдом. Эффективный радиус пылинок задали равным 1,6 микрометра — по орбитальным и наземным наблюдениям. Плотности взяли стандартные: 917 кг/м³ для льда и 2600 кг/м³ для пыли.

Почему цифры разошлись

Яркость льда зависит сразу от нескольких вещей: размера ледяных зёрен, размера и концентрации пылинок, расположения слоёв. Разные сочетания этих параметров могут дать похожий спектр, поэтому по одной и той же кривой яркости можно получить очень разные оценки состава.

Ключевое различие — размер пылинок. В работе Ланжевена и коллег 2005 года, с которой сравнивают новые результаты, радиус пыли принимали равным 2,5 микрометра. Мохан и Кхуллер взяли 1,6 микрометра. В видимой части спектра, где лёд почти не поглощает свет, а поглощает в основном пыль, более мелкие частицы при той же массе сильнее снижают яркость: та же масса распределена по большему числу поглощающих частиц, и суммарное сечение поглощения на единицу массы растёт. Значит, чтобы воспроизвести наблюдаемую яркость, мелкой пыли нужно меньше. На длинных волнах, где лёд поглощает сильнее, соотношение обратное, но итоговая подгонка всё равно даёт более чистый лёд.

Максимальная оценка содержания пыли в новой модели — около 2,2% по массе. Для кратера Королева верхний слой дал примерно 0,38% пыли, а лежащий ниже крупнозернистый лёд — 0,02%. Прежние расчёты для того же кратера давали 21,9% и 15,3% по массе, то есть примерно на два порядка больше.

Представим, что нужно оценить, сколько пыли в стакане воды. Если считать каждую пылинку крупной, для той же мутности её потребуется немного. Если же пылинки мелкие, а мутность та же, то частиц должно быть гораздо больше — или, наоборот, при том же числе частиц мутность окажется выше. Спектр льда работает похожим образом: он не показывает напрямую, сколько пыли, он показывает, как свет рассеялся и поглотился. Чтобы перевести это в массу, нужна модель, а модель зависит от того, какие размеры частиц в неё заложены.

Новые значения лучше согласуются с радарными ограничениями на примеси во всей толще северных слоистых отложений. Радар даёт предел около 5% по объёму, то есть примерно 13% по массе, но это среднее по всей толще около 1,45 км. Авторы предложили простое объяснение: сравнительно чистые ледяные пласты с 0,05–0,5% пыли чередуются с более грязными «маркерными» слоями, где доля пыли достигает десятков процентов. Такая слоистая структура примиряет чистую поверхность с грязной толщей в среднем.

Сезонные изменения яркости тоже получили объяснение. Весной и в начале лета лёд покрывает тонкий слой мелкозернистого инея с примерно 1–2% пыли. По мере потепления иней сублимирует, обнажая более крупнозернистый и чистый лёд. В кратере Королева тот же переход начинается раньше из-за широты и местного микроклимата.

Ограничения у работы есть, и авторы их перечисляют. Модель предполагает внешнюю смесь пыли и льда; если пыль находится внутри ледяных зёрен, истинное содержание примесей будет примерно вдвое ниже оценок. Точное вертикальное распределение пыли в северных слоистых отложениях остаётся неизвестным. Спектры CRISM не обработаны на атмосферные аэрозоли, что может давать ошибку в несколько процентов. Свойства подповерхностного слоя ограничены слабо, а температурные эффекты при температурах ниже 200 кельвинов не учитывались.

Что это меняет на практике? Точность оценки чистоты льда важна для моделей энергобаланса полярных областей, устойчивости льда и климатической эволюции Марса. Для будущих баз вопрос ресурсов статья напрямую не рассматривает, но логика простая: чем меньше в льде пыли, тем меньше примесей нужно отделять, если лёд когда-нибудь станут перерабатывать в воду и кислород. Насколько это окажется дешевле и проще, из одной спектральной работы не следует — нужны данные о конкретных площадках, инженерные расчёты и проверка на месте.

Если вы работаете с научной литературой по планетологии и готовите обзор или статью, пригодится подбор литературы по теме.