Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине пролили свет на загадочных «пауков с Марса», предоставив первое физическое доказательство того, что эти уникальные особенности на поверхности планеты могут быть образованы сублимацией CO2.лед.
Пауки, более формально называемые аранеообразными, представляют собой странно выглядящие радиальные системы дендритных желобов с отрицательной топографией; узоры, напоминающие ветки дерева или развилки молнии. Считается, что эти особенности, которых нет на Земле, вырезаны на марсианской поверхности сухим льдом, который весной переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное (возгоняется). В отличие от Земли, атмосфера Марса состоит в основном из CO2, и по мере снижения температуры зимой он откладывается на поверхности в виде CO2 инея и льда.
Команда Trinity вместе с коллегами из Даремского университета и Открытого университета провела серию экспериментов, финансируемых Ирландским исследовательским советом и Europlanet, в Камере моделирования Марса Открытого университета под марсианским атмосферным давлением, чтобы исследовать могут ли узоры, подобные марсианским паукам, образовываться путем сублимации сухого льда.
Его выводы подробно изложены в статье, недавно опубликованной в Nature Journal, Scientific Reports.
Д-р Лорен МакКаун, которая руководила этой работой во время работы над докторской диссертацией в Тринити, а сейчас работает в Открытом университете, сказала:
"Это исследование представляет собой первый набор эмпирических данных о поверхностном процессе, который, как считается, изменяет полярный ландшафт на Марсе. Гипотеза Киффера [поясняется ниже] была хорошо принята более десяти лет, но до сих пор она была оформлена в чисто теоретическом контексте.
"Эксперименты прямо показывают, что узоры пауков, которые мы наблюдаем на Марсе с орбиты, могут быть вырезаны путем прямого преобразования сухого льда из твердого в газообразное. Это захватывающе, потому что мы начинаем больше понимать, как поверхность Сегодня на Марсе происходят сезонные изменения."
Исследовательская группа просверлила отверстия в центре ледяных глыб CO2 и подвешивала их когтями, подобными тем, что используются в аркадах, над зернистыми слоями разного размера. Они понизили давление внутри вакуумной камеры до марсианского атмосферного давления (6 мбар), а затем с помощью системы рычагов поместили блок льда CO2 на поверхность.
Они использовали эффект, известный как эффект Лейденфроста, согласно которому, если вещество вступает в контакт с поверхностью, намного более горячей, чем его точка сублимации, оно образует вокруг себя газообразный слой. Когда блок достиг песчаной поверхности, CO2 сразу превратился из твердого состояния в газообразное, и было видно, как вещество выходит через центральное отверстие в виде шлейфа.
В каждом случае, как только блок был поднят, выходящий газ разрушал паутину. Паутинные узоры были более разветвленными при использовании более мелкого размера зерна и менее разветвленными при использовании более крупного размера зерна. Это первый набор эмпирических данных об этом существующем поверхностном процессе.
Доктор Мэри Бурк из Департамента географии Тринити, руководившая исследованиями доктора философии, сказала:
"Эта новаторская работа поддерживает возникающую тему о том, что нынешний климат и погода на Марсе оказывают важное влияние не только на динамические поверхностные процессы, но и на любые будущие исследования планеты роботами и/или людьми."
Основная гипотеза образования пауков (гипотеза Киффера) предполагает, что весной солнечный свет проникает в этот полупрозрачный лед и нагревает местность под ним. Лед будет сублимировать от его основания, вызывая нарастание давления, и в конечном итоге лед лопнет, позволяя сжатому газу выйти через трещину во льду. Пути выходящего газа оставят после себя дендритные узоры, наблюдаемые сегодня на Марсе, а песчано-пылевой материал будет откладываться поверх льда в виде шлейфа.
Однако до сих пор не было известно, возможен ли такой теоретический процесс, и этот процесс никогда непосредственно не наблюдался на Марсе.
Кроме того, исследователи заметили, что, когда блоки CO2 были высвобождены и им позволили сублимировать в песчаном слое, сублимация была намного более интенсивной, чем ожидалось, и материал был разбросан по всей поверхности. камера.
Это наблюдение будет полезно для понимания моделей других процессов, связанных с сублимацией CO2 на Марсе, таких как формирование боковых повторяющихся диффузионных потоков, окружающих линейные овраги дюн на Марсе.
Используемая методология может быть переориентирована для изучения геоморфической роли сублимации CO2 в формировании других активных элементов марсианской поверхности - и, действительно, может проложить путь для дальнейших исследований сублимации. процессы на других планетарных телах без атмосфер или скудной атмосферой, таких как Европа или Энцелад.