На поверхности Марса есть странные паукообразные формации. Недавно ученые NASA воспроизвели его в земной лаборатории. Исследования подтверждают, что они образовались вследствие испарения углекислого газа из-под поверхности планеты.
Удивительные образования на поверхности Марса
Испытания на Земле, похоже, подтверждают, что паукообразные геологические образования Красной планеты вырезаны углекислым газом.
С тех пор, как в 2003 году ученые обнаружили их на снимках с орбиты, они удивлялись паукообразным формам, раскинувшимся по южному полушарию Марса. Никто до конца не знает, как образовались эти геологические особенности. Каждое разветвленное образование может простираться более чем на полмили (1 км) из конца в конец и включать сотни веретенообразных «ножек». Эти особенности, которые называются арахноподобным рельефом, часто встречаются в виде скоплений, придавая поверхности морщинистый вид.
Ведущая теория заключается в том, что пауки создаются в результате процессов, связанных с углекислым льдом, не встречающимся в природе на Земле. Благодаря экспериментам, подробно описанным в новой статье, опубликованной в журнале Planetary Science Journal, ученые впервые воспроизвели эти процессы образования в условиях смоделированных марсианских температур и давления воздуха.
Модель Киффера
Исследование подтверждает несколько процессов формирования, описанных так называемой моделью Киффера: солнечный свет нагревает почву, когда просвечивает сквозь прозрачные пластины углекислого льда, накапливающиеся на поверхности Марса каждую зиму.
Будучи темнее льда над ним, почва поглощает тепло и заставляет ближайший к ней лед превращаться непосредственно в газообразный углекислый газ — без предварительного превращения в жидкость — в процессе, который называется сублимацией (тот же процесс, который вызывает появление облаков «дыма», поднимающегося с сухого льда). Когда давление газа растет, марсианский лед растрескивается, позволяя газу выходить наружу. Просачиваясь вверх, газ уносит с собой поток темной пыли и песка из почвы, который оседает на поверхность льда.
Когда наступает весна и остатки льда сублимируются, согласно теории, паукообразные шрамы от этих небольших извержений — это то, что остается позади.
Воспроизведение Марса в лаборатории
Для Мак Киун, ведущего автора исследования, и ее соавторов, самым сложным в проведении этих экспериментов было воспроизведение условий, существующих на полярной поверхности Марса: чрезвычайно низкое давление воздуха и температура до -185°C. Для этого Мак Киун использовала испытательную камеру с охлаждением жидким азотом в JPL — Грязный вакуумный стенд для моделирования ледяных сред, или DUSTIE (Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments).
Для этого эксперимента исследователи охладили имитатор марсианского грунта в контейнере, погруженном в ванную с жидким азотом. Они поместили его в камеру DUSTIE, где давление воздуха было понижено до уровня, подобного давлению в южном полушарии Марса. Затем в камеру поступал углекислый газ, конденсировавшийся из газа в лед в течение трех-пяти часов. Потребовалось много попыток, прежде чем Мак-Киун нашла правильные условия для того, чтобы лед стал достаточно толстым и прозрачным для проведения экспериментов.
Получив лед с требуемыми свойствами, они разместили в камере под симулятором нагреватель, чтобы нагреть его и расколоть лед. Мак Киун была в восторге, когда наконец-то увидела шлейф углекислого газа, вырывавшийся изнутри порошкообразного симулятора.
Темные шлейфы открывали отверстия в симуляторе, когда вырывались наружу, извергая симулятор в течение 10 минут прежде, чем весь газ под давлением был выпущен наружу. Эксперименты включали в себя сюрприз, который не был запечатлен в модели Киффера: лед образовался между зернами симулятора, а затем расколол его. Этот альтернативный процесс может объяснить, почему пауки выглядят более «потрескавшимися». Происходит это или нет зависит от размера зерен почвы и от того, насколько глубоко под землей залегает водяной лед.
«Это одна из тех деталей, которые показывают, что природа немного беспорядочнее, чем изображено в учебниках», — сказала Серина Диниега из JPL, которая является соавтором статьи.
Перспективы дальнейших исследований «пауков»
Теперь, когда условия для образования шлейфов найдены, следующим шагом будет проведение тех же экспериментов с имитацией солнечного света сверху, а не с помощью нагревателя внизу. Это поможет ученым сузить диапазон условий, при которых могут возникать шлейфы и выбросы почвы.
Есть еще много вопросов о «пауках», на которые невозможно ответить в лаборатории. Почему они образуются в одних местах на Марсе, но не в других? Поскольку они, похоже, являются результатом все еще происходящих сезонных изменений, почему они не увеличиваются в количестве или размерах со временем? Вполне возможно, что они остались с давних времен, когда климат на Марсе был другим, и потому могут стать уникальным окном в прошлое планеты.
Пока лабораторные эксперименты будут максимально приближены к «паукам», насколько это возможно. Оба марсохода — Curiosity и Perseverance — исследуют Красную планету вдали от южного полушария, где появляются эти образования (и где еще не садился ни один космический аппарат). Миссия Феникса, совершившая посадку в северном полушарии, длилась всего несколько месяцев, прежде чем погибла от сильного полярного холода и ограниченного солнечного света.
По материалам phys.org
