Марсианские «пауки» — это небольшие, темные, паукообразные образования размером до 1 км (0,6 мили) в поперечнике. Основная теория заключается в том, что они образуются, когда весеннее солнце падает на слои углекислого газа, отложившиеся за темные зимние месяцы. Благодаря новым экспериментам группа ученых из NASA впервые воссоздала эти процессы формирования в условиях имитированных марсианских температур и давления воздуха.
Примеры особенностей «зоопарка Киффера», предположительно сформированных сезонной динамикой сублимации углекислого газа на Марсе: (a) «тонкие» пауки в слоистых отложениях южного полюса; (b) темные пятна поверх слоя полупрозрачного льда из углекислого газа, покрывающего скопление «толстых» пауков в марсианском «городе инков»; (c) «яичница-глазунья» с кольцами темной пыли, окруженными яркими ореолами; (d) узорчатая земля в высоких широтах южного полюса с темными ориентированными веерами, указывающими направление ветра, и несколькими яркими белыми веерами; (e) яркие ореолы, окружающие впадины в виде швейцарского сыра; (f) «кружевная местность», тип узорчатой земли, предположительно представляющей собой полигонально-узорчатую землю, которая позже была размыта и размыта поверхностным потоком углекислого газа из модели Киффера. Изображение предоставлено: HiRISE / Лаборатория реактивного движения НАСА / Университет Аризоны.
Современный Марс — динамичная планета, поверхность которой подвержена многочисленным изменениям, несмотря на разреженную атмосферу и холодный климат.
Зимой значительная часть атмосферы Марса, состоящей преимущественно из углекислого газа, скапливается на поверхности в виде инея.
Весной он возвышается, демонстрируя морфологию, не похожую ни на что, встречающееся на Земле.
К ним относятся темные далматинские пятна и ориентированные веера, «яичница-глазунья», овраги, иногда сопровождаемые темными пальцевидными потоками и яркими «ореолами» весной, древовидные «пауки», песчаные борозды на активных дюнах и растущие древовидные желоба.
Эти особенности были обнаружены на рыхлом материале вокруг южного полюса и на междюнном материале в направлении южных полярных средних широт. Однако некоторые незначительные явления были обнаружены на севере.
Многие из этих особенностей составляют так называемый «зоопарк Киффера» — совокупность поверхностных проявлений, впервые описанных в 2003 году и предположительно созданных парниковым эффектом твердого тела.
«В модели Киффера солнечный свет проникает сквозь полупрозрачную ледяную плиту весной, и тепловое излучение задерживается, нагревая реголит подо льдом и заставляя непроницаемую ледяную плиту сублимировать от своего основания», — объяснила доктор Лорен МакКеон из Лаборатории реактивного движения НАСА и ее коллеги.
«Предполагается, что в ходе этого процесса пауки разрушаются под действием высокоскоростного газа, вымывающего реголит под плитой, в то время как на поверхности льда остаются веера и вариации пятен, отложенные струей пыли и газа».
Авторам исследования удалось воссоздать полный цикл модели Киффера в лабораторных условиях и подтвердить формирование нескольких типов объектов зоопарка Киффера.
«Самым сложным в проведении экспериментов было воссоздание условий, существующих на полярной поверхности Марса: чрезвычайно низкое давление воздуха и температура до минус 185 градусов по Цельсию (минус 301 градус по Фаренгейту)», — рассказали они.
«Для этого мы использовали испытательную камеру, охлаждаемую жидким азотом: испытательный стенд для имитации грязных условий в условиях пониженного вакуума (DUSTIE)».
«Для экспериментов мы охладили имитатор марсианского грунта в контейнере, погруженном в ванну с жидким азотом».
«Мы поместили его в камеру DUSTIE, где давление воздуха было снижено до уровня, аналогичного давлению в южном полушарии Марса».
«Затем в камеру поступал углекислый газ, который в течение трех-пяти часов конденсировался из газа в лед».
«Потребовалось много попыток, прежде чем мы нашли нужные условия, при которых лед стал достаточно толстым и прозрачным для проведения экспериментов».
«После того, как мы получили лед с нужными свойствами, мы поместили нагреватель внутри камеры под имитатором, чтобы нагреть его и расколоть лед».
«Мы были в восторге, когда наконец увидели струю углекислого газа, вырывающуюся из порошкообразного имитатора».
Статья, описывающая эти эксперименты, опубликована в Журнал планетарной науки.
_____
Лорен Э. МакКеон и др.2024. Лабораторное исследование модели Марса Киффера. Планета. Наука. J 5, 195; дои: 10.3847/PSJ/ad67c8