8 Minutės
Tyrėjai laboratorijoje atkūrė Marso mįslę: užšalę anglies dioksido (CO2) blokai tarsi kasa per smėlį ir išraižo siauras griovas ant kopų šlaitų. Tokie ryškūs reljefo dariniai — kartais anksčiau klaidingai interpretuoti kaip gyvybės arba skysto vandens požymiai — gali susidaryti dėl greitos sublimacijos ir dujų sukelto sprogdinimo Marso sąlygomis. Ši paaiškinta mechanika padeda suprasti, kaip Marso paviršius keičiasi be skysto vandens įsikišimo ir kokį vaidmenį žaidžia CO2 faziniai perėjimai net ir planetos geomorfologijoje.
Kai užšalęs anglies dioksidas tampa geologu
Žemėje griovos ir vagos dažniausiai siejamos su tekančiu vandeniu, ledynų veikimu ar gyvų organizmų veikla. Marse situacija gali būti kitokia: aktoriumi tampa sezoninis CO2 šerkšnas ir ledas. Eksperimentuose, kuriuos vadovavo dr. Lonneke Roelofs iš Utrechto universiteto ir kurie aprašyti žurnale Geophysical Research Letters, parodyta, kad kieti CO2 blokai gali įsiręžti į smėlį, jį išstumti ir slysti per smėlio mases tuo pačiu metu sublimuodami — tiesiogiai pereidami iš kietos būsenos į dujinę. Greita sublimacija sukuria išsiplėsčiusias dujų kišenes po bloku, kurios veikia kaip lokaliai spaudimą didinantys „purkštukai“, nuplėšiantys smėlį ir leidžiantys ledo blokui judėti žemyn link šlaito, paliekant siaurą, kraštais aptvaruotą vagą, itin panašią į HiRISE ir kitų orbitinių kamerų fiksuotas griovas.
Kaip sublimacija varo judėjimą ir eroziją
Marso reta atmosfera ir didžiuliai dienos–nakties temperatūrų svyravimai sukuria sąlygas, kurios Žemėje beveik nepasitaiko. Marso atmosferos slėgis yra tik maždaug 6 hPa (apie 600 Pa), o paviršinės temperatūros svyruoja nuo ekstremalių žemumų iki šiltesnių ciklų priklausomai nuo sezono ir geografinės platumos. Per Marso žiemą kai kuriose pietinio pusrutulio kopų poliginėse zonose susidaro CO2 šerkšno ir ledo sluoksniai, kurių storis kartais siekia dešimtis centimetrų, net iki ~70 cm. Pavasario saulė šildo kopų viršų, ir nuo apačios atitrūkę CO2 blokai (ar jų fragmentai) ima greitai sublimuoti. Kadangi dujos užima gerokai didesnį tūrį nei tas pačias medžiagos dalys kietojoje būsenoje, spartus sublimacijos greitis greitai didina vietinį slėgį po ir aplink ledų bloką.
"Laboratorijoje mačiau, kaip aukštas dujų slėgis visomis kryptimis išpučia smėlį aplink bloką," aiškina Roelofs. Blokas tuomet įsitaiso į susidariusį duburą, o toliau sublimuojantis CO2 veikiamas dujų srauto bei gravitacijos pradeda slysti žemyn. Ištrūkusios dujos mobilizuoja smėlį ir išpila jį į šonines pylimus — levees — abipus trajektorijos, tuo tarpu pats ledų fragmentas išpjauna siaurą vagą. Sistemiškai kartojantis tokiam procesui per daugelį sezonų ir kopų, susidaro vingiuotos griovų tinklai, kurie akivaizdžiai primena vietas, kurias būtų galima neteisingai interpretuoti kaip biologinio veikimo pėdsakus.
Laboratorinis atkūrimas: Mars Chamber eksperimentas
Patikrinti šią hipotezę Roelofs ir magistrantė Simone Visschers nuvyko į Mars simuliacijos kamerą Open University laboratorijoje Milton Keynes mieste. Vizitui finansinę paramą suteikė British Society of Geomorphology. Kameroje jie atkūrė sumažintą slėgį, žemas temperatūras ir gruntuotas kopų šlaitų sąlygas, būdingas Marso paviršiui, kad būtų galima pamatyti realistinius sąveikos mechanizmus tarp CO2 ledo blokų ir smėlio.
Tyrėjai keitė šlaito kampus, substrato granulometriją ir drėgmės modelius, tada paleisdavo metrinius CO2 blokus ant imituotų kopų paviršių. Tik esant tam tikriems kampams ir pakankamai laisvam smėlio substratui blokai pradėdavo kasti, slysti ir palikti siauras, vingiuotas kanalas su mažais šoniniais pylimėliais — morfologija, labai artima HiRISE vaizdams, darytoms tikrųjų Marso kopų zonų.
Marso kopos su griovais Russell kraterio teritorijoje. Slisdami žemyn, lediniai blokai suformavo šoninius pylimus. Šaltinis: HiRISE (PSP_001440_1255_RED), NASA/JPL/Arizona universitetas
Iš kur atsiranda šie blokai?
Lauko stebėjimai kartu su laboratoriniais bandymais rodo sezoninę kilmę. Žiemos metu kopų laukai dažnai padengiami nuolatiniu CO2 šerkšno sluoksniu, kuris gali sukaupti iki ~70 cm storio. Pavasarį didžioji dalis sluoksnio jau ištirpsta ar sublimuoja pirmiausiai atviruose, saulėse sluoksniuose; paskutinės nuosėdos lieka šešėlinėse kopų viršūnių pusėse. Temperatūrai kylant, tokie likučiai silpsta ir skilinėja į blokus, kurie gali atsiskirti nuo mantijos ir riedėti žemyn šlaitu. Judėdami jie toliau sublimuoja, o po bloko palaikomas ir nuolat generuojamas dujų srautas sukelia iškasimą ir šoninius levees, tai matome tiek laboratorijoje, tiek orbitinėse nuotraukose.
Po visiškos ledo sublimacijos vietoje lieka užduburėjęs guolis arba įdubimas kopos papėdėje — tai būdingas požymis, aptinkamas daugeliu Marso griovų sistemų, užfiksuotų orbitos zondų.
Eksperimento paruošimas Mars Chamber kameroje prieš bandymus. Autoriai: Lonneke Roelofs/Utrecht universitetas
Kodėl tai keičia mūsų Marso paviršiaus interpretacijas
Jau kelis dešimtmečius planetų mokslininkai diskutuoja, ar tam tikri Marso griovai yra trumpalaikio skysto vandens, sauso granularinio srauto, CO2 varomų nuosėdų ar net biologinės veiklos pėdsakai. Parodžius, kad sublimuojantys CO2 blokai gali atkurti siauras kopų griovas, aiškėja vienas iš mechanizmų, kuriuo Raudonoji planeta persitvarko be skysto vandens. Tai pabrėžia ne Žemės, o „nežemiškos“ fizikos reikšmę — mažas atmosferos slėgis kartu su CO2 faziniais pokyčiais — kuri gali sukurti reljefinius darinius, paviršutiniškai panašius į Žemės analogus.
Tokie atradimai yra reikšmingi interpretuojant Marso klimatą ir sezoninius ciklus, vertinant praeitą gyvybės potencialą bei planuojant roverių maršrutus. Pavyzdžiui, nustatant, kad tam tikras griovos tipas yra CO2 varomas, sumažėja jo prioritetas kaip buvusios vandens buveinės kandidatui, tačiau tuo pačiu pabrėžiamos dinamiškos paviršiaus jėgos, galinčios turėti įtakos roverių saugumui arba imtinių ėmimui.
.avif)
Eksperimento pabaigoje: CO2 ledas (vis dar matomas apatinėje dalyje) paliko takelį per smėlį, su charakteristiniais šoniniais pylimėliais griovo kraštuose. Griovo vingis greičiausiai atsirado dėl nedidelio smėlio guolio sutrikdymo. Autorius: Lonneke Roelofs/Utrecht universitetas
Mokslinis kontekstas ir platesnės implikacijos
Roelofs tyrimas remiasi ankstesniais darbais, kurie įtvirtino CO2 sublimacijos vaidmenį kituose masinio nuošliaužumo ir masių judėjimo reiškiniuose Marse, pavyzdžiui, sezoninėse dujų sutepimo sukeliamose nuosėdų srautų fazėse ant kraterių šlaitų. Dabartinis eksperimentas izoliuoja pavienių blokų veikimą ir demonstruoja, kaip iki šiol neįprasta mechanika gali palikti ilgalaikius geomorfinius pėdsakus. Išplečiant abiotinės procesų katalogą, formuojantį Marso paviršių, šie rezultatai padeda tikslinti modelius apie eroziją, nuosėdų transportą ir kraštovaizdžio evoliuciją Marso slėgių bei temperatūrų diapazone.
Dr. Lonneke Roelofs rengiasi eksperimentams Mars Chamber kameroje. Autorius: Lonneke Roelofs/Utrecht universitetas
Ekspertų nuomonė
"Šis darbas yra puikus pavyzdys, kaip planetinė fizika gali sukurti struktūras, kurios atrodo biologinės, bet iš tiesų yra visiškai abiotinės," sako dr. Mira Sato, planetų geomorfologė, nedalyvavusi tyrime. "CO2 varomos erozijos supratimas padeda teisingai interpretuoti griovų morfologiją Marse ir prioritetizuoti ateities nusileidimo ir roverio tyrimų tikslus. Tai taip pat primena, kad svetimos aplinkos gali panaudoti mums pažįstamas medžiagas — smėlį, ledą, dujas — netikėtais būdais."
Kokie tolimesni Marso griovų tyrimai?
Ateities žingsniai apima tikslesnius simuliacijos modelius, detalesnius dujų slėgio matavimus sublimacijos metu ir nukreiptą orbitinį stebėjimą kopų laukų per sezonus. Koordinuotos stebėsenos naudojant instrumentus kaip HiRISE kartu su duomenimis iš ateinančių misijų leis patikrinti prognozes, kur ir kada CO2 bloko sukelti griovai turėtų formuotis ir kaip jie keičiasi iš metų į metus. Technologiniu požiūriu pažangesnės laboratorinės kameros, didesnės raiškos granularinio srauto jutikliai ir slėgio matavimo įranga padės kiekybiškai įvertinti jėgas, dalyvaujančias dujų sukeltoje erozijoje — procesą, kuris praktiškai neegzistuoja Žemės geomorfologijoje dėl kitokios atmosferos ir fazinių sąlygų.
Kodėl Marsas vis dar žavi? Nes jis verčia iš naujo apmąstyti procesus, kuriuos Žemėje laikome savaime suprantamais. Tyrimai, tokie kaip Roelofs darbai, papildė mūsų priemonių rinkinį planetų paviršių skaitymui ir aiškiau nubrėžė ribą tarp procesų, galinčių liudyti praeitą vandenį ar gyvybę, ir tų, kuriuos sukėlė Raudonosios planetos specifinė fizika. Toks supratimas yra esminis planuojant tolimesnius Marso tyrimus, vertinant habitabilumo potencialą ir užtikrinant saugą bei mokslinį grąžą būsimų misijų metu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą