Исследователи, возглавляемые Кембриджским университетом, использовали лазерно-альтиметрические измерения формы верхней поверхности ледяной шапки с помощью космического аппарата, чтобы выявить тонкие закономерности в ее высоте. Затем они показали, что эти закономерности соответствуют предсказаниям компьютерных моделей о том, как водоем под ледяной шапкой повлияет на ее поверхность.

Их результаты согласуются с результатами более ранних радиолокационных измерений, которые первоначально интерпретировались как свидетельство наличия потенциальной области жидкой воды подо льдом. По поводу интерпретации жидкой воды на основе одних только радиолокационных данных велись споры, и некоторые исследования показали, что радиолокационный сигнал не связан с жидкой водой.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, представляют собой первое независимое доказательство того, что под южной полярной ледяной шапкой Марса есть жидкая вода, используя данные, отличные от радиолокационных.

Как и Земля, Марс имеет толстые водяные ледяные шапки на обоих полюсах, по совокупному объему примерно равные Гренландскому ледяному щиту. Однако в отличие от земных ледяных щитов, под которыми находятся заполненные водой каналы и даже крупные подледниковые озера, полярные ледяные шапки на Марсе до недавнего времени считались промерзшими до самого дна из-за холодного марсианского климата.

В 2018 году данные, полученные со спутника Mars Express Европейского космического агентства, поставили под сомнение это предположение. На спутнике установлен ледопроникающий радар MARSIS, который может видеть сквозь южную ледяную шапку Марса. Он обнаружил область у основания льда, которая сильно отражала сигнал радара, что было интерпретировано как область жидкой воды под ледяной шапкой.

Однако последующие исследования показали, что другие типы сухих материалов, которые существуют в других местах на Марсе, могут давать аналогичные отражения, если они существуют под ледяной шапкой. Учитывая холодные климатические условия, жидкая вода под ледяной шапкой потребовала бы дополнительного источника тепла, например, геотермального тепла изнутри планеты, на уровнях выше тех, которые ожидаются для современного Марса. Таким образом, подтверждение существования этого озера ожидает еще одного, независимого доказательства.

На Земле подледниковые озера влияют на форму вышележащего ледникового покрова — его поверхностную топографию. Вода в подледниковых озерах снижает трение между ледяным покровом и его дном, влияя на скорость течения льда под действием силы тяжести. Это, в свою очередь, влияет на форму поверхности ледяного щита над озером, часто создавая впадину на поверхности льда, а затем приподнятую область дальше по течению.

Команда, в которую также вошли исследователи из Университета Шеффилда, Университета Нанта, Университетского колледжа Дублина и Открытого университета, использовала ряд методов для изучения данных спутника НАСА Mars Global Surveyor о топографии поверхности той части южной полярной ледяной шапки Марса, где был обнаружен радиолокационный сигнал.

Их анализ выявил волнистость поверхности длиной 10-15 километров, состоящую из впадины и соответствующей приподнятой области, обе из которых отклоняются от окружающей ледяной поверхности на несколько метров. По масштабам это похоже на волнистость над подледниковыми озерами на Земле.

Затем команда проверила, можно ли объяснить наблюдаемую волнистость на поверхности льда наличием жидкой воды на дне. Они провели компьютерное моделирование ледяного потока, адаптированное к конкретным условиям на Марсе. Затем они вставили участок с пониженным трением в моделируемое дно ледяного щита, где вода, если бы она присутствовала, позволила бы льду скользить и ускоряться. Они также варьировали количество геотермального тепла, поступающего изнутри планеты. В результате этих экспериментов на смоделированной поверхности льда образовались волнистые участки, которые по размеру и форме были похожи на те, которые команда наблюдала на реальной поверхности ледяной шапки.

Сходство между топографической волнистостью, созданной с помощью модели, и реальными наблюдениями космического аппарата, а также полученные ранее данные радара, проникающего через лед, позволяют предположить, что под южной полярной ледяной шапкой Марса находится скопление жидкой воды, и что магматическая активность в недрах Марса произошла относительно недавно, чтобы обеспечить усиленный геотермальный нагрев, необходимый для поддержания воды в жидком состоянии.