Naujų tyrimų rezultatai: švaresni Marso poliariniai sluoksniai

Įsivaizduokite, kad stovite blyškio kraterio krašte Marse ir žvelgiate žemyn į ledo sluoksnius, tokios grynos, jog galėtų veikti kaip geologinė atmintis. Šviesa keistai žaidžia paviršiumi. Šešėliai krinta ten, kur dulkių yra ploniau. Ryškios, beveik nekalbėtos plokštės keičiasi plonais, tamsesniais siūlais. Tai, kas atrodo kaip užšalęs sumuštinis, iš tiesų yra Marso klimato įrašų knyga, užrašyta vandens ir smėlio sluoksniuose.

Kai Marso pasvirimas perrašo jo klimatą

Žemė lieka stabili, nes didysis mėnulis tvirtai sutvirtina jos ašies pasvirimą. Marsas turi tik du mažus palydovus. Neturėdamas sunkaus stabilizatoriaus, Marsas svyruoja. Jo ašis per ilgus dešimtis tūkstančių ar milijonus metų persislenka į kampus, kurie sukelia dramatiškus klimato svyravimus. Ledas kaupiasi. Ledas traukiasi. Dulkės pučia ir nusėda. Rezultatas – poliarinis regionas, sudarytas iš sluoksniuotų, negilių užšalusių nuosėdų, kurios kartu uždengia maždaug trečdalį planetos.

Šie sluoksniai yra daugiau nei paviršiaus puošmena. Jie yra chronologinis archyvas, Marso analogas medžių metinėms rievėms ar giliems ledo gręžiniams Žemėje. Mūsų planetoje klimatologai gręžia kilometrus į Antarkties ledą, kad perskaitytų praeities atmosferas ir temperatūros svyravimus. Marse tokių gręžinių fizinis išgavimas yra daug sudėtingesnis. Nusileidimas poliuose išlieka techninė užduotis. Phoenix nusileidimo zondas 2008 m. mėgino mėginius iš šiaurinio ledo, o ankstesni bandymai, pavyzdžiui, Mars Polar Lander, žlugo. Taigi šiuo metu pagrindiniai būdai skaityti, ką ledas gali pasakyti, yra orbitiniai ir nusileidimo zondų matavimai.

Iš naujo peržiūrėjus prielaidas vaizdas pasikeičia

Kaip daug nešvarumų yra tame lede? Atsakymas svarbus. Nedidelis dulkių kiekis gali pajuodinti paviršių, pakeisti, kiek saulės šviesos ledas atspindi, ir pagreitinti atšilimą bei sublimaciją. Daugelį metų įverčiai apie dulkes, sumaišytas su poliariniu ledu, labai svyravo. Kai kurie modeliai rodė, kad viršutiniai sluoksniai gali būti net iki ketvirtadalio dulkių pagal masę. Tai padarytų poliarinį dangą daug tamsesnį ir labiau pažeidžiamą sezoniniams nuostoliams.

Tačiau naujas problemos peržiūros žvilgsnis, kurį vedė Vashingtono universiteto tyrėjai, rodo visai kitokią istoriją. Komanda nustatė, kad plačiai naudojama analizės technika, iš pradžių sukurta Mėnuliui, gali neteisingai vaizduoti, kaip šviesa sąveikauja su Marso ledu. Vietoje to, kad remtųsi mėnulio grunto modeliais, tyrėjai pritaikė metodus, ilgai taikytus sniegui ir firnui Žemėje. Rezultatas: šiaurinio poliarinio ledo viršutiniai sluoksniai atrodo gerokai švaresni nei manyta anksčiau. Tai, kas anksčiau buvo laikoma galbūt 25 proc. dulkių, greičiausiai yra arti 3 proc. pagal masę.

Tai svarbu dėl dviejų priežasčių. Pirma, švaresnis ledas labiau atspindi saulės šviesą ir yra stabilesnis. Antra, pačios dulkių ir ledo išdėstymas saugo informaciją. Tyrėjai pastebėjo ryškumo pokyčius per Marso sezonus, rodančius sluoksniuotą struktūrą. Santykinai dulkėtas rūkas susidaro ant paviršiaus kiekvieną žiemą. Vasarą ši sezoninė plėvelė sublime, atverdama senesnį, skaidresnį ledą po ja. Skaidinio pjūvyje nuosėdos susidėlioja kaip sluoksniuotas desertas, su purvinesnėmis juostomis tarp švaresnių plokščių.

Pav. palygina dulkių kiekį toje pačioje vietoje. Sol 28 (Marso diena) tyrime pranešta apie 0,04% dulkių. Dulkių kiekis padidėjo iki 0,45% po 58 sol.

Kodėl skirtumas svarbus klimatui ir gyvybingumui

Relatyviai gryni ledo sluoksniai, pertraukiami plonomis dulkėtomis siūlėmis, yra ne tik geologiniai įdomumai. Tai potencialios laiko kapsulės. Jei tie švaresni sluoksniai susiformavo per sniego kritimą skirtingomis Marso ašies pasvyrimo fazėmis, kiekviena užkasta plokštė išsaugo savo laikotarpio atmosferos ženklą. Tarp sluoksnių įkalintos dulkės fiksuoja vėjų stiprumą bei ugnikalnių ar smūgių įvykius. Leide esančios dujos galėtų suteikti užuominų apie senąją oro sudėtį.

Yra ir provokuojanti pasekmė. Dulkių sluoksniai gali veikti kaip saulės šildytuvai. Tamsesni sluoksniai sugeria saulės spindulius ir paverčia juos šiluma, galbūt sukurdami mikroaplinkas, kur ledas ištirpsta į purvą arba net trumpam susidaro skysto vandens plėvelės. Žemėje seklios ištirpusios kišenės esant apledėjusioms, dulkėtoms sistemoms gali palaikyti mikrobinį gyvenimą šiltuoju sezonu. Jei Marse panašios trumpalaikės ištirpos egzistavo po dulkėtomis siūlėmis, tai pakeistų mokslininkų požiūrį į planetos paviršiaus artimosios habitabilumo galimybes, bent epizodiškai.

Ši galimybė paskatino ankstesnius to pačio tyrėjų kolektyvo teorinius darbelius, siūlius, kad dulkėti sluoksniai gali koncentruoti pakankamai šilumos, kad vietiškai ištirptų ledas. Aplink tuos sluoksnius esančio švaresnio ledo indėlis galėtų būti rezervo vieta. Tokie ištirpimai ar jų nebuvimas svarbūs astrobiologijai ir ateities misijų planavimui, susijusiam su vietos išteklių naudojimu bei potencialiais gręžinių tikslais.

Kaip susijungė taikytos metodikos

Nauji įverčiai remiasi orbitiniu vaizdavimu, spektriniais duomenimis ir Phoenix zondo stebėjimais. Kritinis žingsnis buvo pripažinti, kad Mėnuliui patikrintos technikos neperduoda tiesiogiai Marso poliariniam ledui. Steve Warren, emeritas profesorius iš Vashingtono universiteto, turintis dešimtmečius patirties sniego optikoje, pateikė analitinius metodus, geriau pritaikytus sluoksniuotam, mažos tankio ledui. Doktorantūros tyrėja Pari Mohan ir vyresnysis mokslo darbuotojas Aditya Khuller adaptavo šiuos įrankius, kad pervertintų matavimus. Rezultatas yra paprastesnis ir, galbūt, realistiškesnis vaizdas apie tai, kiek iš tikrųjų dulkių sumaišyta su šiaurinio poliaus ledu.

Tikslesni skaičiai padeda tobulinti sublimacijos, nusėdimo ir ilgalaikės poliarinių dangų evoliucijos modelius. Jie taip pat keičia prioritetines vietas, kur mokslininkai pirmiausia ieškotų išsaugotų biosignalų ar prieinamo ledo žmonių tyrimams. Jei viršutiniai metrai yra švaresni ir labiau atspindintys, šiluminiai nuostoliai laiko eigoje yra mažesni, o užkasti sluoksniai gali būti labiau intaktūs nei manyta anksčiau.

Ekspertų įžvalga

"Rasti švaresnį ledą perkuria mūsų lūkesčius dėl poliarinio archyvo", sako dr. Elena Marquez, planetų geofizikė, dirbusi radaro tyrimuose, skirtuose apledėjusiems kūnams. "Tai nereiškia, kad Marsas buvo šiltas ir drėgnas taip, kaip Žemė. Tai reiškia, kad archyvas gali būti geriau išsaugotas, o tai suteikia aiškesnį taikinį būsimiems mėginiams. Kontrastas tarp dulkėtų siūlių ir švarių plokščių yra būtent tas signalas, kurio norime rekonstruodami praeities klimatą."

"Jei dulkėtas sluoksnis gali sukelti trumpalaikį ištirpusį vandenį, tai būtų vietinis ir laikinas reiškinys, o ne stabili jūra", priduria ji. "Tačiau mikroorganizmams vietinė būklė kartais yra pakankama."

Išvados

Iš naujo peržiūrėjus prielaidas ir pritaikius Žemėje patikrintus įrankius, gauta svarbi korekcija mūsų vaizdui apie Marso poliarinį ledą. Švaresni viršutiniai sluoksniai daro šiaurinį poliarį patikimesniu praeities klimato archyvu ir šiek tiek keičia tikimybę dėl trumpalaikių skystų sąlygų. Šis darbas iliustruoja pagrindinę planetų mokslo pamoką: metodai yra svarbūs. Pritaikius Žemėje išbandytas technikas svetimoms aplinkoms, galima rasti netikėtumų, kurie keičia, kur kreipiame savo tolesnes misijas, instrumentus ir hipotezes.

Kai tyrėjai pritaikys šią patobulintą analizę kitoms poliarinėms ir vidutinėms platumų ledo kaupoms, turėtume gauti aiškesnį Marso klimato svyravimų laiko planą. Tas laiko planas papasakos apie planetą, kuri spektakuliariai vingiuoja kosmose, pakaitomis rašydama ir ištrindama savo ledinį įrašą. Mokslininkams, ieškantiems užuominų apie gyvybingumą ir klimato evoliuciją, švaresnis ledas yra kvietimas skaityti atsargiau.