Эксперимент показывает, что на самом деле каждую весну прячется под дюнами Марса
Странные извилистые овраги, выгравированные на дюнах Марса, наконец-то раскрывают свои тайны.
Эти выбоины, как показывают новые эксперименты, образовались в результате взрывной сублимации сухого льда, зарывающегося в склоны, как крот, и выбрасывающего песок на своем пути. Новые результаты, наконец, объясняют все любопытные особенности загадочных закорючек Марса.
«Мне казалось, что я смотрю на песчаных червей в фильме Дюна«, — говорит учёный-земляк Лоннеке Рулофс из Утрехтского университета в Нидерландах.
По теме: НАСА наконец может объяснить, почему на Марсе держатся жуткие «пауки» Появление
Оврагов, стекающих по песчаным дюнам Марса, озадачивает ученых с тех пор, как их впервые заметили еще в 1999 году. Первоначально ученые связывали их образование с сезонными потоками воды. Однако, как мы теперь знаем, нет никаких доказательств того, что жидкая вода течет по поверхности Марса, и мы вряд ли получим такие доказательства в ближайшее время.
Однако в 2013 году ученые продемонстрировали альтернативное объяснение: каналы могли быть образованы углекислым льдом или сухим льдом, сублимирующимся при скатывании по дюнам.
Первоначальные эксперименты показали, что этот механизм был правдоподобным, но тесты не воспроизвели все особенности, наблюдаемые в марсианских оврагах, особенно змееподобную извилистость.
Рулофс и ее коллеги не были удовлетворены этим разрывом. В предыдущей работе они использовали марсианскую камеру Открытого университета – герметичную среду, имитирующую марсианские условия, – чтобы показать, как CO2 может вызывать выбросы массы из крутых стенок кратера.
Чтобы решить проблему оврагов, исследователи снова обратились к марсианской камере.
Настроив оборудование так, чтобы имитировать разреженный холодный воздух Марса, команда сбросила глыбы сухого льда на песчаные склоны. диапазон наклонов и размеров зерен песка, записывая результаты с помощью высокоскоростных камер.
Результаты показали, что на склонах с крутизной более 25 градусов лед соскальзывает вниз на газовой подушке, оставляя нечеткий след, как это было видно в предыдущих экспериментах. Однако когда угол склона был более пологим, ниже 22,5 градусов, лед частично зарывался в песок.
Когда сухой лед был таким образом погребен, процесс сублимации баллистически выбрасывал песок, создавая точные характеристики, наблюдаемые в марсианских оврагах.
В частности, эти особенности — никогда ранее не повторявшиеся на Земле — включали извилистость троп, высокие, отчетливые дамбы и небольшой карман в конце тропы.
«Мы пробовали разные вещи, моделируя склон дюны под разными углами крутизны. Мы позволили куску льда CO2 упасть с вершины склона и наблюдали, что произошло», — объясняет Рулофс.
«Найдя правильный склон, мы наконец увидели результаты. Ледяной блок CO2 начал вгрызаться в склон и двигаться вниз, как роющий крот или песчаные черви из Дюны. Это выглядело очень странно!»
Сухой лед полупрозрачен, а это означает, что оптическое и инфракрасное излучение не просто отражается от его поверхности, но и проникает внутрь. Однако песок или камень подо льдом темнее, а это означает, что он поглощает больше достигающего его излучения, повторно излучая его в виде теплового (инфракрасного) излучения.
Эта тепловая энергия не может уйти из-за расположенной на нем ледяной глыбы. Когда нижняя часть льда нагревается, он переходит непосредственно в газ в процессе, называемом сублимацией. Этот газ, которому больше некуда идти, накапливается, пока не вырвется наружу, отбрасывая окружающий песок со значительной силой.
Чтобы проверить, можно ли масштабировать их экспериментальные наблюдения для воспроизведения наблюдаемых оврагов на Марсе, исследователи провели моделирование, учитывающее более крупные глыбы льда и гравитацию Марса.
Их результаты показали, что сублимирующие блоки толщиной до метра (3,3 фута) могут выбрасывать песок. до 13 метров на Красной планете, легко воспроизводя наблюдаемые овраги. Результаты даже объясняют, почему эти овраги можно найти только на мелкозернистых склонах: именно на них работает механизм.
Атмосфера Марса богата CO2; зимой он может образовывать покрытие на полях дюн средних широт до толщины льда до 70 сантиметров.
«Весной этот лед начинает нагреваться и сублимироваться. Последние остатки этого льда расположены на затененной стороне вершин дюн, и именно здесь блоки откалываются, когда температура становится достаточно высокой», — говорит Рулофс.
«Как только блоки достигают дна склона и прекратить движение, лед продолжает сублимировать, пока весь CO2 не испарится. То, что осталось, — это впадина в песке на дне дюны».
Теперь исследователи хотят провести эксперименты с более крупными глыбами льда и различными типами песка, чтобы посмотреть, что произойдет, если они изменят параметры.
«Марс — наш ближайший сосед. Это единственная каменистая планета, близкая к «зеленая зона» нашей Солнечной системы. Эта зона находится ровно настолько далеко от Солнца, что делает возможным присутствие жидкой воды, которая является необходимым условием для жизни. Таким образом, здесь могут быть решены вопросы о происхождении жизни и возможной внеземной жизни», — заключает Рулофс.
«Кроме того, проведение исследований формирования ландшафтных структур других планет — это способ выйти за рамки привычных представлений о Земля. Это позволяет вам ставить несколько иные вопросы, что, в свою очередь, может дать новое представление о процессах здесь, на нашей планете».
Исследование было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
