Марсианских «пауков» воспроизвели в лаборатории, подтвердив гипотезу о природе загадочных формирований на Красной планете

❋ 6.4

Араниеформы или «пауки на Марсе» — загадочные структуры на поверхности Красной планеты в приполярных областях. Ученые давно подозревали, что они возникли из-за сублимации углекислотного льда летом. Проверить эту гипотезу удалось благодаря серии экспериментов в специальной камере, имитирующей марсианские условия.

Астрономия

# Великобритания

# космогеология

# Марс

# планетология

# эксперимент

Пример марсианских «пауков» (араниеформ), снятых при помощи камеры HiRISE космического аппарата Mars Reconnaissance Orbiter в 2018 году. Масштаб — около 50 сантиметров на пиксель, цвета улучшенные (комбинация RGB и инфракрасных изображений) / ©NASA, JPL, UArizona / Автор: Александр Литвинов

Результаты этих опытов опубликованы в рецензируемом журнале Nature Scientific Reports. Их провели специалисты из дублинского Тринити-колледжа (Trinity College), Даремского университета (Durham University) и Открытого университета (The Open University). Чтобы симулировать марсианские условия использовалась барокамера с набором манипуляторов, в которую засыпали инертные сыпучие материалы с различным размером гранул. На нее опускали пласты сухого льда и анализировали возникшие из-за сублимации углекислого газа рисунки.

Картографирование Марса в высоком разрешении преподнесло множество сюрпризов. И речь не только о том, что знаменитое «лицо» оказалось лишь странной горой. Огромные площади поверхности Красной планеты оказались покрыты любопытными структурами, которые нигде не встречаются на Земле. Они представляют собой хаотичные нитевидные рисунки, похожие на ветви деревьев или разряды молний. Иногда эти нити расходятся от одного более темного округлого центрального объекта.

Марсианских «пауков» воспроизвели в лаборатории, подтвердив гипотезу о природе загадочных формирований на Красной планете — Модель формирования араниеформ: a, b — под слоем сухого льда поверхность нагревается солнцем и там скапливается углекислый газ; c — он вырывается через трещину и формирует выброс газа и пыли; d-f — процесс повторяется на следующий марсианский год, снова образуется слой льда, снова сублимирует снизу, снова вырывается через трещину; g-i — цикл повторяется несколько лет подряд, араниеформа продолжает расти; j-l — в современном марсианском климате этот процесс сильно замедлился / ©Mc Keown, L., McElwaine, J.N., Bourke, M.C. et al. The formation of araneiforms by carbon dioxide venting and vigorous sublimation dynamics under martian atmospheric pressure. Sci Rep 11, 6445 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-82763-7

Теоретическое объяснение таким феноменам нашлось довольно быстро. В недалеком по геологическим меркам прошлом, когда атмосфера Марса была несколько плотнее, часть углекислого газа из нее регулярно выпадала на поверхность в виде снега. Он формировал настоящие залежи мерзлоты. Только не из водяного льда, как на Земле, а из сухого — CO2 в твердой фазе. Летом часть этих пластов начинала сублимировать, выделяя сравнительно большое количество газа. Такие фонтаны увлекали с собой и пыль.

Тонкость в том, что сухой лед сублимировал не только с поверхности слоя мерзлоты, но и снизу, где он соприкасался с грунтом. Солнечный свет прогревал песок проходя насквозь через твердый CO2. Между грунтом и льдом возникала заполненная газом прослойка, как под «бегущей» по раскаленной сковородке каплей воды. Это явление называется эффектом Лейденфроста. Затем газ прорывался через трещины в слое льда и захватывал с собой некоторое количество легкой пыли.

В итоге, большая часть льда в областях с «пауками» испарилась, а сами эти феномены — лишь следы давнего процесса. Он затух не полностью, но нынешняя его интенсивность гораздо ниже, чем была в прошлом. Несмотря на полноту объяснения и результаты различного моделирования, на практике вышеописанную теорию до недавнего времени еще не проверяли.

Если вкратце, методология эксперимента была следующей. В блоках сухого льда (твердая углекислота, CO2) просверлили сквозные отверстия и затем опускали их на поверхность, имитирующую песок на Марсе. Все это происходило в барокамере поддерживающей давление, аналогичное марсианскому атмосферному (6 миллибар). При этом температура сыпучего материала, изображающего поверхность грунта, была выше, чем та, при которой диоксид углерода начинает сублимировать (переходить из твердой фазы сразу в газообразную): теплее −78,5 °С. Последний аспект опыта имитировал прогрев грунта солнцем через толщу сухого льда.

Результатом стали рисунки на сыпучих поверхностях очень сильно напоминающие настоящие марсианские «пауки». В зависимости от размера гранул имитирующего грунт материала изменялась ветвистость араниеформ (araneiforms). Что интересно, подобные феномены формируются только если сухой лед находится на поверхности грунта или под его очень тонким слоем. Если блоки твердого CO2 помещались в сыпучий материал полностью, сублимация становилась взрывной — осколками забрасывало буквально всю барокамеру.

Подобное практическое моделирование не только подтвердило давнюю гипотезу формирования загадочных рисунков на марсианской поверхности. Эти эксперименты помогут ученым лучше понять динамику многих процессов, проходящих и на других небесных телах. Например, на крупных спутниках планет-гигантов — Европе или Энцеладе. Более того, по ветвистости араниеформ можно косвенно судить о физических свойствах грунта, что затруднительно сделать, когда поверхность исследуется с орбиты, а не спускаемым аппаратом.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.