Своего рода контрольную цифру для получения сравнительной оценки числа соударений, которым подвергалась поверхность всей планеты за геологическую историю, дает изучение поверхности спутников Марса - Фобоса и Деймоса. Поскольку спутники лишены атмосферы и находятся в той же области Солнечной системы, что и сама планета, такое сравнение кажется правомерным. Оно свидетельствует об очень высокой эффективности процессов эрозии на Марсе, поскольку насыщенность кратерами поверхностей спутников выше.
Спутники Марса имеют очень низкую отражательную способность (альбедо меньше 5%), их можно отнести к наиболее темным объектам среди астероидов в Солнечной системе. Из материалов, обладающих столь низким альбедо, наиболее вероятны углистые хондриты, представляющие собой неплотное темное углистое вещество, богатое гидратированными силикатами, газами и даже органическими соединениями. Они образуют небольшую группу среди обычных хондритов - самого распространенного класса каменных метеоритов, содержащих наибольшее количество легких летучих элементов. Предположение об углистых хондритах и сравнительно малая плотность спутников (около 2 г/см3) не противоречат наиболее вероятной модели их строения, согласно которой рыхлым материалом образованы только внешние слои, окружающие более плотные недра. Видимо, их поверхности покрыты слоем пыли вследствие интенсивной метеорной бомбардировки, и поверхностный слой напоминает лунный реголит. Как показали фотоснимки, полученные с близкого расстояния "Маринером-9" и "Викингами", пылью засыпаны кратеры на Деймосе поперечником менее примерно 50 м вследствие ее сползания по склонам. Из-за малой силы тяжести и, следовательно, низкой скорости убегания, которую называют второй космической скоростью (для Фобоса она всего около 13 м/с, а для Деймоса около 8 м/с), можно ожидать повышенной плотности пылевых частиц вдоль орбит спутников - образования своего рода пылевых торов.
Наиболее впечатляющей особенностью поверхности Фобоса являются линейчатые структуры типа борозд или желобов, которые ориентированы примерно перпендикулярно оси, направленной к Марсу. Для объяснения происхождения этих структур предложены различные гипотезы. Вполне правдоподобным кажется предположение о приливных эффектах, значительно более эффективных, чем оказываемые Землей на Луну, и приведших к образованию "складок". Предпринималась попытка связать желоба с эрозией материала различной прочности на поверхности более крупного тела, фрагментом которого мог бы быть Фобос, и последующим отложением рыхлого материала. Высказана оригинальная идея о возникновении трещин за счет внутренних напряжений при торможении в процессе гипотетического захвата этого тела из пояса астероидов на сравнительно близкую орбиту вокруг Марса.
Тщательное изучение изображений Д.Веверкой и другими исследователями наиболее убедительные свидетельства в пользу предположения, что это скорее трещины, а не складки и не остаточные формы эрозии, хотя по своей морфологии они достаточно сложные - видимо, вследствие взаимодействия с поверхностным реголитом. Однако причина их образования могла быть иной. Нельзя исключить, что крупный кратер Стинки диаметром около 10 км и борозды на поверхности Фобоса возникли в одном и том же процессе. Действительно, наиболее крупные, четко выраженные трещины, имеющие ширину от 100 до 200 м и глубину от 10 до 20 м, находятся вблизи кратера, образовавшегося от удара крупного метеорита, - события почти катастрофического для небольшого тела, хотя бы частично состоящего из углистых хондритов (материала, слабого по своей механической прочности), едва не приведшего к его разрушению. На противоположной кратеру стороне трещины меньше, а самая крупная, непосредственно примыкающая к Стинки, имеет ширину 700 м и глубину 90 м. Эти размеры огромны, если учитывать, что максимальный поперечник Фобоса всего 27 км, а минимальный - 19 км.
Исходя из кратерообразования на небесных телах в районе орбиты Марса и плотности кратеров на Фобосе, возраст борозд оценивается в 3,4 млрд. лет. По крайней мере, он не меньше 1 млрд. лет, если предположить, что по каким-либо причинам интенсивность бомбардировки крупными метеоритами вблизи астероидного пояса была аномально высокой. Было ли это единственное "почти катастрофическое" событие в истории спутников Марса? Это не известно, хотя вполне резонно предположить, что могли произойти другие крупные катастрофы и что существующие сейчас спутники действительно представляют собой фрагменты крупных родительских тел - отправного пункта эрозийной гипотезы образования линейчатых структур на поверхности Фобоса. Обзорное фотографирование с "Викингов" не привело к обнаружению других "осколков" размером более примерно 1 км; однако не следует забывать, что охваченная наблюдениями область пространства была ограниченной. К тому же надо учесть, что за период в миллиарды лет могла произойти сложная эволюция их орбит.
6. Внутреннее строение.
Характерные особенности геологических структур на марсианской поверхности служат хорошим критерием для рассчитываемых эволюционных моделей планеты, занимающей по своим размерам промежуточное положение между Луной и Меркурием, с одной стороны, и Землей и Венерой - с другой. Прежде всего, существует ряд свидетельств того, что, подобно остальным планетам земной группы, на Марсе также происходила ранняя дифференциация вещества его недр. На это указывают сохранившиеся следы первичной магматической деятельности на отдельных наиболее древних участках поверхности, химический состав поверхностных пород. Однако для Марса значительнее труднее удовлетворить требованию высокой начальной температуры центральных областей, с тем, чтобы обеспечить их расплавление, если принять во внимание только металлсиликатное фракционирование первичного вещества, позволяющее объяснить его низкую среднюю плотность за счет общей обедненности железом. Обойти эту трудность можно, приняв также во внимание вероятное фракционирование железа и серы и удержание повышенного содержания халькофильных элементов при относительно низких температурах конденсации на орбите Марса. Это позволяет допустить, что образовалось ядро из смеси железа с сернистым железом в условиях сравнительно невысоких температур (около 1300 K), отвечающих эвтектике Fe-FeS. Допуская также, что калий вошел в сульфидную фазу, можно предположить, что благодаря распаду 40K сохранились тепловые источники в ядре.
Поскольку значительная доля железа связывалась серой, можно думать, что мантия Марса также обогащена сернистым железом и что в составе ее силикатов больше минералов с повышенным содержанием железа, чем магния. Несомненная обогащенность железом обнаружена и в слагающем веществе поверхностных пород. Это приводит к предположению, что гравитационная дифференциация вещества Марса не была столь глубокой и полной, как на других планетах земной группы. Именно с этим обстоятельством - недостаточно полным выделением металлического железа - связано его повышенное содержание в марсианских породах, в то время как общее относительное содержание железа в веществе Марса не превышает ~25%, что существенно меньше, чем у Земли, Венеры и, конечно, Меркурия. Сильное ограничение на степень дифференциации Марса накладывает и величина безразмерного момента инерции I=0,375, определенная с использованием данных измерений параметров орбит искусственных спутников планеты. Она указывает на сравнительно небольшое отклонение от однородного распределения плотности, что согласуется с представлениями о наличии сравнительно небольшого и не очень плотного ядра. Его радиус оценивается равным примерно 800-1500 км, масса составляет менее 9% от полной массы планеты.
В современных моделях тепловой эволюции Марса полная теплогенерация обеспечивается при отношениях долгоживущих изотопов, примерно соответствующих солнечным, и несколько повышенном содержании калия. Формирование железо-сульфидного ядра начинается вскоре после завершения аккумуляции и продолжается ~1 млрд. лет, чему отвечает период раннего вулканизма. Приблизительно еще один миллиард лет спустя образуется зона частичного плавления мантийных силикатов, медленно расширяющаяся внутрь. Этот этап характеризуется интенсивной вулканической и тектонической деятельностью, образованием базальтовых равнин и вулканических щитов. На рубеже этого периода (около 3 млрд. лет назад) Марс достигает вершины своей эволюции, после чего постепенно начинает охлаждаться. В течение последующего 1 млрд. лет поддерживается примерно постоянный уровень термической энергии, происходят глобальные тектонические процессы наибольшего масштаба, образование громадных вулканов на щитах.
Сейчас Марс продолжает остывать. Тепловой поток в современную эпоху оценивается равным 40 эрг/см2*с - приблизительно таким же, как на докембрийских щитах на Земле. Толщина литосферы, очевидно, достигает нескольких сотен километров, в том числе около 100 км составляет ее верхний слой - марсианская кора. Сравнительно большая толщина литосферы дает основание предполагать умеренную сейсмическую активность Марса в настоящее время. С этими представлениями согласуются результаты экспериментов по пассивной сейсмике на посадочном аппарате "Викинг-2": приблизительно за год работы на поверхности был зарегистрирован только один слабый толчок с неглубоким эпицентром, вероятно, вызванный не тектоническими процессами, а падением метеорита в нескольких десятках километров от аппарата.
Сохранение у планеты полностью или частично расплавленного ядра подтверждают данные измерений Ш.Ш.Долгиновым и его сотрудниками магнитного поля Марса на автоматических станциях "Марс-2", "Марс-3" и "Марс-5". Эти измерения привели к выводу, что Марс обладает собственным магнитным полем, топология которого соответствует полю дипольной природы, с напряженностью у поверхности на экваторе около 65 гамм, хотя, как и в случае Венеры, этот вывод разделяется не всеми исследователями. По сравнению с геомагнитным, это поле слабое, что при одинаковых параметрах вращения обеих планет могло бы быть следствием небольшой жидкой зоны в ядре. Если же, как полагает, например, американский космофизик К.Рассел, это поле целиком индуцированного происхождения, то даже это допущение придется отвергнуть и признать, что ядро, скорее всего целиком затвердело. Нельзя, впрочем, исключить, что в своей космогонической истории Марс переживает период инверсии магнитного поля, какой, судя по палеонтологическим данным, не раз переживала в прошлом Земля.