На этом снимке показаны эродированные каналы около марсианских полюсов, заполненные ярким замороженным углекислым газом, в отличие от приглушенного красного цвета подстилающей поверхности. Летом лед исчезнет в атмосфере, оставив только каналы призрачных пауков, высеченные на поверхности. Кредит: NASA/JPL/University of Arizona
Люди наблюдали, как яркие марсианские полюса то усиливаются, то ослабевают на протяжении столетий, но только за последние 50 лет ученые обнаружили, что они в основном состоят из углекислого газа, который циркулирует в атмосфере и из нее в соответствии с ритмом сезонов. Но как именно это происходит, является сложным взаимодействием планетарных процессов, которые ученые постоянно распутывают.
Исследование опубликовано в журнале Icarus.
Старший научный сотрудник PSI Кэндис Хансен возглавляет новую статью, опубликованную в журнале Icarus, в которой объединены десятилетия прошлых исследований с более поздними наблюдениями, собранными с помощью инструмента HiRISE (High-Resolution Imaging Experiment) на борту марсианского разведывательного орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, чтобы сравнить, как марсианские полюса различаются по сезонному поглощению и выделению углекислого газа.
«Все знают, что есть разница во взаимодействии углекислого газа с полюсами, но многие ли понимают, почему?» — сказал Хансен. «Это то, что я намеревался описать. И к счастью, у меня есть целая куча действительно талантливых соавторов, которые были готовы заполнить свои собственные части».
Целью было пролить свет на процессы, формирующие поверхность планеты, а также общий климат Марса, поскольку в течение марсианского года на Марсе обновляется около четверти его атмосферы.
Как и Земля, Марс вращается под углом около 25 градусов, поэтому на нем происходят смены времен года, но гораздо более длинный путь Марса вокруг Солнца также более вытянутый (или, как говорят ученые, эксцентричный), чем у Земли.
Если бы путь Марса вокруг Солнца был идеальным кругом, то все его времена года были бы одинаково длинными. Но его эксцентриситет помещает Марс дальше всего от Солнца во время южной осени и зимы — что одновременно является северной весной и летом — то есть эти времена года для каждого полушария являются самыми длинными для планеты. Южное полушарие Марса также значительно выше, чем северное полушарие.
«Поэтому в конечном итоге южная осень и зима приносят самые низкие температуры и самое низкое атмосферное давление», поскольку большая часть атмосферы заморожена в виде сухого льда, сказал Хансен. «Это основные факторы, обуславливающие различия в сезонном поведении углекислого газа между полушариями».
Паукообразные в южной полярной области Марса, где углекислый газ выходит из-под сезонного колпака. Автор: Хансен и др.
Напротив, северная зима Марса не только короче южной, но и совпадает с сезоном пылевых бурь. В результате северная полярная сезонная шапка содержит более высокую концентрацию пыли, чем южная полярная шапка, что делает лед менее прочным.
«Это несимметричные времена года», — сказал Хансен.
Различия в северных и южных полярных ландшафтах также влияют на то, как углекислый газ и лед формируют ландшафт, говорится в статье. Например, в южном полушарии черные пылевые конусы распределены по всему ландшафту.
«Слой льда из углекислого газа образуется осенью в южном полушарии, и в течение зимы он утолщается и становится полупрозрачным», — сказал Хансен. «Затем весной встает солнце, и свет проникает в этот слой льда до самого дна достаточно, чтобы прогреть землю под ним».
Затем теплая земля превращает лед из углекислого газа в газ; этот процесс называется сублимацией.
«Теперь газ находится под давлением, — сказал Хансен. — Он будет искать любое слабое место во льду и лопнет, как пробка от шампанского».
Паукообразная активность на северном полюсе Марса (справа) и диаграмма, иллюстрирующая, как работает этот процесс (слева). Автор: Хансен и др.
Как только он находит слабое место, лед трескается, и газ устремляется к разлому, прорезая поверхность по пути, создавая сеть оврагов, которые расходятся по всему ландшафту. Их называют аранеиформами из-за их паукообразного вида.
Прорываясь сквозь лед, газ выбрасывает в атмосферу темную пыль.
«Оказывается, метеорология также играет важную роль в этой картине, поскольку оттуда пыль разносится любым ветром и оседает веерообразным слоем», — сказал Хансен.
Геофизик Хью Киффер описал этот процесс в 2006 году. Несколько лет спустя Хансен разработала собственную модель северной полярной шапки, в которой также весной наблюдаются конусы.
Она обнаружила, что те же явления происходят и на севере, но вместо относительно ровной местности эти процессы происходят на песчаных дюнах.
«Когда солнце встает и начинает сублимировать нижнюю часть ледяного слоя, появляются три слабых места — одно на гребне дюны, одно у подножия дюны, где она встречается с поверхностью, а затем сам лед может треснуть вдоль склона», — сказал Хансен. «На севере не обнаружено аранеиформного рельефа, потому что, хотя и образуются неглубокие борозды, ветер разглаживает песок на дюнах».
Будучи членом команды по обработке изображений HiRISE, Хансен наблюдает изменения на поверхности Марса на протяжении лет, месяцев и даже дней.
«Большинство моих коллег изучают изменения, произошедшие на Марсе 3,5 миллиарда лет назад, но я говорю о вещах, которые произошли в прошлом месяце», — сказал Хансен. «Марс активен и сегодня».
Информация от: Институтом планетарных наук
