В 17 веке астрономы Джованни Доменика Кассини и Христиан Гюйгенс отметили наличие туманных белых шапок во время изучения марсианских полярных регионов. Эти результаты подтвердили, что Марс имел ледяные шапки в обоих полярных регионах, похожие на земные. К 18 веку астрономы начали замечать, как размер этих полюсов менялся в зависимости от того, где находился Марс в своем орбитальном цикле. Наряду с открытием того, что ось Марса наклонена, как и земная, астрономы поняли, что полярные ледяные шапки Марса претерпевали сезонные изменения, во многом похожие на земные.
Хотя ученые знали, что полярные ледяные шапки Марса меняются в зависимости от сезона, только за последние 50 лет они поняли, что они в основном состоят из замороженного углекислого газа (он же «сухой лед»), который циклически входит и выходит из атмосферы, — и вопросы о том, как это происходит, остаются. В недавнем исследовании группа исследователей во главе с Институтом планетарных наук (PSI) синтезировала десятилетия исследований с более поздними наблюдениями за полюсами. Из этого они определили, как марсианские полюса отличаются с точки зрения сезонного накопления и выделения атмосферного углекислого газа.
Команду возглавила доктор Кэндис Хансен, старший научный сотрудник Института планетарных наук (PSI) и член команды по обработке изображений HiRISE. К ней присоединились исследователи из Лаборатории лунных и планетарных исследований (LPL) Университета Аризоны, Университета Невады, Научного центра астрогеологии Геологической службы США (USG-ASC), Лаборатории физики атмосферы и космоса Калифорнийского университета в Боулдере, IUCLA, Исследовательского центра астрофизики Университета Квинс в Белфасте, Немецкого аэрокосмического центра (DLR) и Лаборатории реактивного движения НАСА. Статья, в которой подробно изложены их выводы, недавно появилась в журнале Икар.
Для своего исследования Хансен и ее коллеги опирались на данные, полученные марсианскими орбитальными аппаратами за последние несколько десятилетий. Затем они сравнили их с более свежими данными, полученными с помощью инструмента High-Resolution Imaging Experiment (HiRISE) на Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Это позволило им отслеживать рост и таяние марсианских ледяных шапок, которые пролетают около четверти атмосферы планеты в течение марсианского года. Конечной целью было узнать больше о процессах, которые формируют поверхность планеты и общую окружающую среду. Как резюмировала Хансен в пресс-релизе PSI:
«Все знают, что есть разница в том, как углекислый газ взаимодействует с полюсами, но многие ли понимают, почему? Это то, что я намеревался описать. И к счастью, у меня есть целая куча действительно талантливых соавторов, которые были готовы заполнить свои собственные части».
Как и Земля, Марс испытывает сезонные изменения из-за наклона своей оси, около 25 градусов относительно плоскости орбиты, по сравнению с наклоном Земли около 23,5 градуса. Но поскольку у Марса гораздо более длительный орбитальный период (~687 дней), времена года длятся примерно в два раза дольше, чем на Земле. Кроме того, у Марса больший эксцентриситет орбиты — около 9% по сравнению с 1,7%, — что означает, что его орбита более эллиптическая. Из-за этого Марс находится дальше всего от Солнца, когда в его северном полушарии наступают весна и лето, а в южном — осень и зима.
Это означает, что лето в южном полушарии короче (а зима длиннее в северном), что совпадает с сезоном пыльных бурь. В результате северная полярная сезонная шапка содержит более высокую концентрацию пыли, чем южная полярная шапка. «Так что в конечном итоге южная осень и зима приносят самые низкие температуры и атмосферное давление, поскольку большая часть атмосферы заморожена в виде сухого льда», — сказал Хансен. «Это основные факторы различий в сезонном поведении углекислого газа между полушариями. Это не симметричные сезоны».
Существуют также значительные различия в высоте между северным и южным полушариями, т. е. Северная низменность и Южное нагорье. Различия между северной и южной полярной местностью также влияют на сезонные изменения. Например, черные пылевые конусы распределены по всему южному ландшафту, образуясь в результате сублимации сухого льда и образования пылевых шлейфов. Как объяснил Хансен:
«Слой льда из углекислого газа образуется осенью в южном полушарии, и в течение зимы он утолщается и становится полупрозрачным. Затем весной встает солнце, и свет проникает в этот слой льда до самого дна, достаточно, чтобы прогреть землю под ним. Теперь газ находится в ловушке под давлением. Он будет искать любое слабое место во льду и лопаться, как пробка от шампанского».
Как только газ находит слабое место и разрушает лед, он выдувает темные шлейфы пыли в атмосферу. Пыль разносится в разных направлениях в зависимости от направления ветра и оседает веерообразными отложениями. Этот процесс формирует ландшафт, создавая овраги, в просторечии называемые «пауками» (araneiforms) из-за их паукообразного вида. В то время как в северном полушарии весной также наблюдаются пылевые шлейфы, относительно ровная местность заставляет их формировать дюноподобные образования. Хансен сказал:
«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. На севере не обнаружено аранеиформного рельефа, потому что, хотя и образуются неглубокие борозды, ветер разглаживает песок на дюнах».
Эти результаты показывают, что Марс является активным местом не только на протяжении эпох, но и на сезонной и даже ежедневной основе.
Дальнейшее чтение: PSI, Икар
Публикация Существуют важные различия между ледяными шапками Марса впервые появилась на сайте Universe Today.
