Марсианская весна включает в себя большое количество растрескивающегося льда, что привело к образованию этого куска инея из углекислого газа шириной 66 футов (20 метров), запечатленного в свободном падении камерой HiRISE на борту марсианского разведывательного орбитального аппарата НАСА в 2015 году. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения Калифорнийский технологический институт/Университет Аризоны
Вместо зимней страны чудес в северном полушарии Красной планеты происходит активная – даже взрывная – весенняя оттепель. В то время как канун Нового года здесь, на Земле, уже не за горами, марсианские ученые впереди игры: Красная планета завершила путешествие вокруг Солнца 12 ноября 2024 года, что побудило нескольких исследователей поднять тост.
Но марсианский год, составляющий 687 земных дней, заканчивается в северном полушарии планеты совсем иначе, чем в северном полушарии Земли: пока здесь наступает зима, там начинается весна. Это означает, что температура повышается, а лед истончается, что приводит к морозным лавинам, обрушивающимся на скалы, выбросам углекислого газа из-под земли, а мощные ветры помогают изменить форму Северного полюса.
«Весна на Земле имеет много капель, поскольку водяной лед постепенно тает. Но на Марсе все происходит на ура», — сказала Серина Диньега, которая изучает поверхности планет в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Тонкая атмосфера Марса не позволяет жидкостям скапливаться на поверхности, как на Земле. Вместо того, чтобы таять, лед сублимируется, превращаясь непосредственно в газ. Внезапный весенний переход означает множество резких изменений, поскольку как водяной лед, так и лед из углекислого газа (сухой лед, которого на Марсе гораздо больше, чем замерзшей воды), ослабевают и ломаются.
«Вместо плавления вы получаете множество трещин и взрывов», — сказал Диньега. «Я думаю, там становится очень шумно».
Используя камеры и другие датчики на борту марсианского разведывательного орбитального аппарата (MRO), запущенного в 2005 году, ученые изучают всю эту деятельность, чтобы улучшить понимание сил, формирующих динамическую марсианскую поверхность. Вот кое-что из того, что они отслеживают.
Ледяные лавины
В 2015 году камера научного эксперимента по визуализации высокого разрешения (HiRISE) MRO запечатлела кусок инея из углекислого газа шириной 66 футов (20 метров) в свободном падении. По словам Диньеги, подобные случайные наблюдения являются напоминанием о том, насколько Марс отличается от Земли, особенно весной, когда эти изменения поверхности наиболее заметны.
«Нам повезло, что у нас есть такой космический корабль, как MRO, который наблюдает за Марсом так долго», — сказал Диньега. «Наблюдение в течение почти 20 лет позволило нам уловить такие драматические моменты, как эти лавины».
Газовые гейзеры
Диньега использовал HiRISE для изучения еще одной особенности марсианской весны: газовых гейзеров, которые вырываются из поверхности, выбрасывая темные веера песка и пыли. Эти взрывные струи образуются в результате энергичной сублимации льда из углекислого газа. Когда солнечный свет проникает сквозь лед, его нижние слои превращаются в газ, создавая давление, пока он не вырвется в воздух, создав темные веера материала.
Когда свет проходит сквозь лед углекислого газа на Марсе, он нагревает его нижние слои, которые вместо того, чтобы плавиться в жидкость, превращаются в газ. Накопляющийся газ в конечном итоге приводит к образованию взрывных гейзеров, которые выбрасывают на поверхность темные веера обломков. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны.
Но чтобы увидеть лучшие примеры новейших вентиляторов, исследователям придется подождать до декабря 2025 года, когда в южном полушарии наступит весна. Там фанаты больше и более четко очерчены.
Пауки
Еще одно различие между действиями, связанными со льдом в двух полушариях: после того, как летом весь лед вокруг некоторых северных гейзеров сублимируется, в грязи остаются следы, которые из космоса выглядят как гигантские паучьи лапы. Исследователи недавно воссоздали этот процесс в лаборатории JPL.
Иногда после извержения гейзеров углекислого газа из покрытых льдом участков Марса они оставляют на поверхности следы. Когда летом лед полностью исчезает, эти длинные следы выглядят как ноги гигантских пауков. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Мощные ветры
Для Исаака Смита из Йоркского университета в Торонто одним из самых увлекательных предметов весны является ледяная шапка размером с Техас на северном полюсе Марса. На ледяном куполе выгравированы кружащиеся впадины, обнажающие следы красной поверхности внизу. Эффект подобен водовороту молока в кафе-латте.
«Эти объекты огромны», — сказал Смит, отметив, что некоторые из них длиной с Калифорнию. «В Антарктиде можно найти подобные впадины, но ничего такого масштаба».
По мере повышения температуры поднимаются мощные ветры, которые прорезают глубокие впадины в ледяной шапке северного полюса Марса. Некоторые из этих впадин длиной с Калифорнию придают северному полюсу Марса фирменные завитки. Это изображение было получено ныне неактивным аппаратом Mars Global Surveyor НАСА. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/МССС.
Быстрый и теплый ветер на протяжении тысячелетий формировал спиральные формы, а впадины служат каналами для весенних порывов ветра, которые становятся более мощными, когда лед на северном полюсе начинает таять. Точно так же, как ветры Санта-Ана в Южной Калифорнии или ветры Чинук в Скалистых горах, эти порывы набирают скорость и температуру по мере того, как они спускаются по впадинам — это называется адиабатическим процессом.
Блуждающие дюны
Ветры, образующие впадины северного полюса, также меняют форму песчаных дюн Марса, заставляя песок накапливаться с одной стороны и удаляя песок с другой стороны. Со временем этот процесс заставляет дюны мигрировать, как это происходит с дюнами на Земле.
В сентябре этого года Смит стал соавтором статьи, в которой подробно описывается, как иней из углекислого газа зимой оседает на вершинах полярных песчаных дюн, замораживая их на месте. Когда весной тает весь мороз, дюны снова начинают мигрировать.
Окруженные морозом марсианские дюны в северном полушарии Марса были запечатлены сверху орбитальным аппаратом НАСА Mars Reconnaissance Orbiter с помощью камеры HiRISE 8 сентября 2022 года. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны.
Каждая северная весна немного отличается от других: изменения приводят к тому, что лед сублимируется быстрее или медленнее, контролируя темп всех этих явлений на поверхности. И эти странные явления — лишь часть сезонных изменений на Марсе: в южном полушарии есть своя уникальная активность.
