Testy na Ziemi wydają się potwierdzać, w jaki sposób pajęcze formacje geologiczne Czerwonej Planety są rzeźbione przez dwutlenek węgla.
Naukowcy odtworzyli warunki marsjańskie w laboratorium, aby zbadać znalezione na nich unikalne, przypominające pająki cechy geologiczne Marspierwotnie zidentyfikowana w 2003 r. Cechy te, powstałe w wyniku ogrzewania gleby pod lodem przez światło słoneczne, doprowadziły do przełomowych eksperymentów, które naśladują atmosferę marsjańską i badają procesy wyrzucania gleby.
Tajemnicze cechy Marsa: odkrycie „pająków”
Od czasu odkrycia ich w 2003 roku na zdjęciach z orbiterów naukowcy zdumiewali się kształtami przypominającymi pająki rozsianymi po południowej półkuli Marsa. Nikt nie jest do końca pewien, w jaki sposób powstają te obiekty geologiczne. Każda rozgałęziona formacja może rozciągać się na długości ponad pół mili (1 km) od końca do końca i zawierać setki wrzecionowatych „nog”. Elementy te, zwane terenami araneiformowymi, często występują w skupiskach, nadając powierzchni pomarszczony wygląd.
Wiodąca teoria głosi, że pająki powstają w wyniku procesów obejmujących lód z dwutlenku węgla, który nie występuje naturalnie na Ziemi. Dzięki eksperymentom szczegółowo opisanym w nowym artykule opublikowanym w Dziennik nauk planetarnychnaukowcom po raz pierwszy udało się odtworzyć te procesy powstawania w symulowanych marsjańskich temperaturach i ciśnieniu powietrza.
Przełomy laboratoryjne w symulowaniu warunków marsjańskich
„Pająki są same w sobie dziwnym i pięknym obiektem geologicznym” – stwierdziła Lauren Mc Keown NASALaboratorium Napędów Odrzutowych w Południowej Kalifornii. „Te eksperymenty pomogą dostroić nasze modele pod kątem sposobu ich powstawania”.
Badanie potwierdza kilka procesów formacyjnych opisanych w tak zwanym modelu Kieffera: Światło słoneczne podgrzewa glebę, gdy prześwieca przez przezroczyste płyty lodu z dwutlenku węgla, które każdej zimy gromadziły się na powierzchni Marsa. Ponieważ jest ciemniejsza niż znajdujący się nad nią lód, gleba pochłania ciepło i powoduje, że najbliższy lód zamienia się bezpośrednio w gazowy dwutlenek węgla – bez uprzedniego przejścia w ciecz – w procesie zwanym sublimacją (ten sam proces, który powoduje powstawanie chmur „dymu” unoszące się z suchego lodu).
W miarę wzrostu ciśnienia gazu marsjański lód pęka, umożliwiając ucieczkę gazu. Gdy gaz przedostaje się w górę, zabiera ze sobą strumień ciemnego pyłu i piasku z gleby, który ląduje na powierzchni lodu.
Zgodnie z teorią, kiedy zima zamienia się w wiosnę, a pozostały lód sublimuje, po małych erupcjach pozostają pajęcze blizny.
Odtworzenie Marsa w laboratorium
Dla Mc Keown i jej współautorów najtrudniejszą częścią przeprowadzenia tych eksperymentów było odtworzenie warunków panujących na marsjańskiej powierzchni polarnej: ekstremalnie niskiego ciśnienia powietrza i temperatur sięgających minus 301 stopni Fahrenheita (minus 185 stopni Celsjusz). W tym celu Mc Keown użył komory testowej chłodzonej ciekłym azotem w temp JPLstanowisko testowe do symulacji brudnej próżni w środowiskach lodowych lub DUSTIE.
„Uwielbiam DUSTIE’go. To historyczne zjawisko” – powiedział Mc Keown, zauważając, że komora wielkości beczki na wino została wykorzystana do przetestowania prototypu narzędzia tarnikowego przeznaczonego do NASA Mars Phoenix lądownik. Narzędzie służyło do łamania lodu wodnego, który znajdował się w statku kosmicznym zebrano i przeanalizowano w pobliżu bieguna północnego planety.
Na potrzeby tego eksperymentu naukowcy schłodzili symulację marsjańskiej gleby w pojemniku zanurzonym w kąpieli z ciekłym azotem. Umieścili go w komorze DUSTIE, gdzie ciśnienie powietrza obniżono do poziomu podobnego do tego, jakie panuje na południowej półkuli Marsa. Następnie do komory wpłynął dwutlenek węgla, który w ciągu trzech do pięciu godzin uległ skropleniu z gazu do lodu. Minęło wiele prób, zanim Mc Keown znalazł odpowiednie warunki, aby lód stał się wystarczająco gęsty i przezroczysty, aby eksperymenty się powiodły.
Gdy uzyskali lód o odpowiednich właściwościach, umieścili grzejnik w komorze poniżej płynu symulującego, aby go ogrzać i rozbić lód. Mc Keown była zachwycona, gdy w końcu zobaczyła chmurę dwutlenku węgla wydobywającą się z pylistego płynu symulującego.
Ten film pokazuje marsjańską symulację gleby wybuchającą w postaci pióropusza podczas eksperymentu laboratoryjnego JPL, który miał na celu odtworzenie procesu, który, jak się uważa, tworzy marsjańskie cechy zwane „pająkami”. Kiedy badaczka, która przez lata próbowała odtworzyć te warunki, zauważyła ten pióropusz, była zachwycona. Źródło: NASA/JPL-Caltech
„Był późny piątkowy wieczór i kierownik laboratorium wpadł do środka, słysząc mój krzyk” – powiedział Mc Keown, który pracował nad stworzeniem takiego pióropusza przez pięć lat. „Myślała, że doszło do wypadku”.
Wypływające ciemne chmury otworzyły dziury w płynie symulacyjnym, wyrzucając płyn symulujący nawet przez 10 minut, zanim cały sprężony gaz został wyrzucony.
Odkrycia i niespodzianki w symulowanym marsjańskim terenie
Eksperymenty obejmowały niespodziankę, która nie znalazła odzwierciedlenia w modelu Kieffera: pomiędzy ziarnami płynu symulującego utworzył się lód, który następnie pękł. Ten alternatywny proces może wyjaśniać, dlaczego pająki mają bardziej „pękany” wygląd. To, czy tak się stanie, czy nie, wydaje się zależeć od wielkości ziaren gleby i tego, jak osadzony lód wodny znajduje się pod ziemią.
„To jeden z tych szczegółów, które pokazują, że przyroda jest nieco bardziej bałaganiarska niż obraz z podręcznika” – stwierdziła Serina Diniega z JPL, współautorka artykułu.
Przyszłość marsjańskich pająków: testowanie pióropusza
Teraz, gdy znaleziono warunki do tworzenia się smug, następnym krokiem jest przeprowadzenie tych samych eksperymentów z symulowanym światłem słonecznym z góry, zamiast stosowania grzejnika poniżej. Może to pomóc naukowcom zawęzić zakres warunków, w których mogą wystąpić chmury i wyrzucanie gleby.
Nadal istnieje wiele pytań dotyczących pająków, na które nie można odpowiedzieć w laboratorium. Dlaczego powstały w niektórych miejscach na Marsie, a w innych nie? Skoro wydają się wynikać ze zmian sezonowych, które wciąż zachodzą, dlaczego z czasem nie wydaje się, że ich liczba i rozmiar nie rosną? Możliwe, że pozostały one z dawnych czasów, kiedy na Marsie panował inny klimat i dlatego mogą zapewnić wyjątkowe wgląd w przeszłość planety.
Na razie eksperymenty laboratoryjne będą prowadzone możliwie blisko pająków. Zarówno łaziki Curiosity, jak i Perseverance badają Czerwoną Planetę z dala od półkuli południowej, czyli tam, gdzie pojawiają się te formacje (i gdzie nigdy nie wylądował żaden statek kosmiczny). Misja Phoenix, która wylądowała na półkuli północnej, trwała zaledwie kilka miesięcy, zanim uległa intensywnemu polarnemu mrozowi i ograniczonemu nasłonecznieniu.
Odniesienie: „Badania modelu Marsa Kiefera na skalę laboratoryjną” autorstwa Lauren E. Mc Keown, Michael J. Poston, Serina Diniega, Ganna Portyankina, Candice J. Hansen, Klaus-Michael Aye, Elizabeth M. Carey, Jennifer EC Scully , Sylvain Piqueux, Lori R. Shiraishi i Sarah N. Cruz, 11 września 2024 r., Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad67c8
