В 2003 году снимки с марсианских орбитальных аппаратов впервые показали странные паукообразные формы, разбросанные по южному полушарию Марса. Из тех снимков и данных, собранных впоследствии, видно, что каждое образование может простираться более чем на 1 км и включать сотни тонких внешних ответвлений.
Пока никто точно не знает, как возникли эти геологические особенности. Они получили название «аранеиформный рельеф», обычно их называют «марсианские пауки», и часто встречаются в виде скоплений, которые придают поверхности очень морщинистый вид.
После нескольких предположений об их возможном происхождении, основная теория гласит, что они образовались в ходе процессов, связанных с углекислым льдом. Процессы, которые не происходят на Земле естественным образом. Теперь ученым из JPL НАСА впервые удалось воспроизвести эти процессы образования в лаборатории, используя имитацию температуры и давления воздуха, как в марсианской среде.
Полученные результаты, похоже, подтверждают, что эти «пауки» были сформированы углекислым газом на грунте Марса.
Как образуются марсианские «пауки»?
В ходе эксперимента исследователи JPL проверили так называемую модель Киффера, которая в настоящее время используется для объяснения формирования марсианских «пауков».
Согласно этой теоретической модели, когда весеннее солнце падает на слои льда из углекислого газа, отложенного на марсианском грунте за темные зимние месяцы, свет заставляет лед на дне превращаться в газ, который впоследствии накапливается и разрушает ледяные щиты наверху.
На самом деле грунт поглощает тепло и заставляет ближайший лед превращаться непосредственно в углекислый газ, без предварительного превращения в жидкость (этот процесс называется сублимацией): по мере повышения давления газа марсианский лед трескается, позволяя газу выходить наружу. Просачиваясь вверх, газ приносит с собой поток темной пыли и песка с земли, который оседает на поверхности льда.
После этого на поверхности остаются паукообразные шрамы, оставленные этими небольшими извержениями.
Темные пятна на этом снимке, сделанном зондом Mars Express ЕКА, являются признаком присутствия «пауков» — темных структур во льду, разбросанных по южной полярной области Красной планеты.
Воссоздание условий Марса в лаборатории
Самой сложной частью испытаний было воссоздание условий на полярной поверхности Марса: чрезвычайно низкого атмосферного давления и температуры до -185° по Цельсию. Для этого ученые использовали DUSTIE (Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments) — охлаждаемую жидким азотом испытательную камеру в JPL.
Ранее камера также использовалась для испытания прототипа скребкового инструмента, разработанного для космического аппарата НАСА Phoenix Lander. Этот инструмент использовался для разрушения водяного льда, который миссия собирала и анализировала в районе северного полюса планеты.
Для этого эксперимента исследователи охладили имитатор марсианского грунта в контейнере, погруженном в ванну с жидким азотом. Затем они поместили его в камеру DUSTIE, где давление воздуха было снижено до уровня, аналогичного давлению в южном полушарии Марса. Затем углекислый газ поступал в камеру и в течение трех-пяти часов конденсировался из газа в лед. Потребовалось много попыток, прежде чем были найдены подходящие условия для того, чтобы лед стал достаточно плотным и прозрачным для проведения экспериментов.
Внутреннее устройство DUSTIE в JPL, используемое для моделирования температуры и давления воздуха на других планетах, в данном случае углекислого льда, обнаруженного на южном полюсе Марса, во время эксперимента по воссозданию марсианских «пауков»
Подтверждение паучьей теории…
Получив лед с нужными свойствами, ученые поместили в камеру под симулятором нагреватель, чтобы нагреть его и раздробить лед. Пока не увидели шлейф углекислого газа, вырывающегося изнутри пыльного симулятора.
Темные шлейфы, вырываясь наружу, открывали отверстия в симуляторе, извергая его в течение примерно 10 минут, прежде чем весь газ под давлением был изгнан. Это привело к образованию паукообразных структур, наблюдаемых на Марсе.
Казалось бы, это подтверждает модель Киффера, за одним исключением: лед в экспериментах образовывался между зернами имитатора, а затем разрушал его. Этот альтернативный процесс мог бы объяснить, почему пауки имеют более «треснувший» вид, но происходит это или нет, по-видимому, зависит от размера зерен грунта и количества водяного льда, погруженного под землю.
Эти «паукообразные» образования Красной планеты появились внутри симулятора марсианской почвы во время экспериментов в камере JPL DUSTIE.
…но остается много вопросов
Теперь, когда условия для образования шлейфа найдены, следующий шаг — попробовать провести те же эксперименты с имитацией солнечного света сверху, а не с использованием нагревателя снизу. Это поможет ученым сузить диапазон условий, при которых могут возникать шлейфы и выброс грунта.
Однако остается еще много вопросов о пауках, на которые невозможно ответить в лабораторных условиях. Почему они образовались в одних местах на Марсе, а в других — нет? Поскольку они, по-видимому, являются результатом сезонных изменений, которые все еще происходят, почему они не растут в количестве или размерах с течением времени?
Остается надеяться, что будущие миссии смогут рассказать нам больше об их происхождении и истории. Ведь в настоящее время марсоходы Curiosity и Perseverance исследуют Красную планету вдали от Южного полушария, где и появляются эти образования и где еще не приземлялась ни одна космическая миссия.
