Марс имеет множество странных геологических особенностей: от глубоких подземных пещерообразных систем, образовавшихся в результате прохождения лавы, до глобальных пылевых бурь, которые могут покрыть всю планету. На его поверхности также есть странные особенности, такие как причудливые «пауки», более формально известные как аранеобразная местность.
Теперь исследователи смогли воссоздать эти особенности пауков в лаборатории здесь, на Земле, показав, как они могли сформироваться на Красной планете.
Исследование, опубликованное в статье в Планетарный научный журналописывает, как исследователям удалось воссоздать особенности, которые впервые наблюдались космическим кораблем, вращающимся вокруг Марса, в 2003 году. С тех пор исследователи задавались вопросом, как они образовались, поскольку они не являются чем-то, что наблюдается на Земле.
Эти детали могут простираться на полмили в ширину, с центральной возвышенностью, окруженной сотнями жутко выглядящих ног, от которых они и получили свое название. Исследователи подумали, что в атмосфере и давлении на Марсе должно быть что-то особенное, отличное от того, что здесь, на Земле, что помогало им формироваться.
Изучение особенностей Марса может помочь им лучше понять Марс и его климат, поскольку ученые получат лучшее представление о том, как уникальные условия Марса влияют на его геологические особенности.
«Пауки сами по себе являются странными и красивыми геологическими объектами», — сказала исследователь Лорен Мак Киоун из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Эти эксперименты помогут настроить наши модели на то, как они формируются».
Как образуются пауки
Теория заключалась в том, что пауки появились в результате прохождения марсианских сезонов. Как и здесь, на Земле, на Марсе более теплый летний период и более холодный зимний период, хотя времена года там длятся в два раза дольше, чем сезоны на Земле, из-за более длинной орбиты Марса вокруг Солнца.
Зимой, когда становится холоднее, на поверхности Марса накапливается лед, образованный из углекислого газа. По мере смены времен года солнце светит ярче и согревает, нагревая почву под прозрачным углекислым льдом. Почва нагревается быстрее, чем лед, потому что она темнее по цвету, поэтому лед прямо у поверхности проходит процесс, называемый сублимацией, при котором он напрямую превращается из твердого состояния в газообразное, минуя стадию жидкости.
Это создает карманы газа, которые находятся над почвой, но ниже других частей ледникового покрова, и этот газ постепенно накапливается и увеличивает давление, пока не расколет лед над ним. Газ уходит вверх через трещины, унося с собой пыль и мусор, оставляя после себя растрескавшуюся форму паука.
Это объяснение имело смысл, исходя из того, что ученые знают о Марсе и его условиях, но не было никаких доказательств того, что оно верно. Чтобы узнать, правда ли это, исследователям пришлось воссоздать условия Марса и посмотреть, смогут ли они создать собственных пауков в своей лаборатории.
Создание паука в лаборатории
Чтобы проверить, верна ли эта теория, исследователям пришлось создать некоторые ключевые условия марсианской среды. Во-первых, это означало, что должно было быть очень холодно, поскольку они воссоздавали Марс в зимнее время с температурой до минус 301 градуса по Фаренгейту (минус 185 градусов по Цельсию). Также необходимо было очень низкое давление воздуха, поскольку плотность атмосферы на Марсе составляет всего 1% от земной.
Исследовательская группа использовала установку в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) под названием «Испытательный стенд для моделирования грязной вакуумной среды для ледяной среды» или DUSTIE. Как следует из названия, эта камера может быть заполнена пылью, а затем охлаждена до очень низких температур с помощью жидкого азота.
Сначала пыль, или, как ее технически называют, имитатор почвы, охлаждалась. Затем его поместили внутрь Дасти и давление снизили до тех пор, пока оно не стало сравнимым с марсианским. Исследователи добавили в камеру углекислый газ, аналогичный тому, который содержится в марсианской атмосфере. Затем они наблюдали, как углекислый газ замерзал из газа в лед.
Чтобы имитировать приходящее тепло летнего солнечного света, они затем поместили обогреватель под пыль, чтобы нагреть ее, надеясь, что лед расколется и образуется паук. В конце концов, это сработало.
«Был поздний вечер в пятницу, и менеджер лаборатории ворвался, услышав мои крики», — сказал Мак Киоун, который работает над этой проблемой уже пять лет. «Она думала, что произошел несчастный случай».
Раскрыты новые подробности
Исследование не только подтвердило теорию формирования пауков. Также были раскрыты некоторые новые подробности, которые ранее не были предсказаны.
В определенных условиях лед образовывался не только в слоях поверх пыли, но и между крупинками пыли. Затем он расколол слой пыли, называемый субстратом, что придало паукам немного другой вид.
Это случалось лишь иногда, и, по-видимому, это связано с типами присутствующих пылинок и наличием водяного льда под землей. Таким образом, теперь потенциально есть два процесса, которые могут объяснить появление пауков, в зависимости от конкретных условий в конкретной местности.
«Это одна из тех деталей, которые показывают, что природа немного более запутана, чем изображение из учебника», — сказала коллега-исследователь Серина Диньега из Лаборатории реактивного движения.
Теперь исследовательская группа хочет сделать свой эксперимент более точным, моделируя тепло, исходящее надо льдом, а не подо льдом, поскольку это более точно соответствует условиям на Марсе.
Но есть также вопросы, на которые они не могут ответить в лаборатории, например, почему пауки формируются только в некоторых местах Марса, а не в других. Исследователям придется подождать ответов на эти вопросы, поскольку в настоящее время пауков можно увидеть в южном полушарии Марса, далеко от того места, где в настоящее время исследуют марсоходы Curiosity и Perseverance.
