Форма ледяной шапки размером с две мили высотой Техас на северном полюсе Марса озадачила ученых на протяжении сорока лет, но новые результаты, которые будут опубликованы в паре статей в журнале «Природа» 27 мая, вызвали спор с остаток.
Полярные шапки Марса были известны с первых телескопических изображений планеты, но ранние снимки космических кораблей показали, что северная полярная шапка отмечена загадочными впадинами, которые спиральны от ее центра, а также пропастью, большей, чем Большой Каньон. Происхождение этих особенностей было обсуждено, так как они были впервые обнаружены в 1972 году.
Одна из гипотез, объясняющих гигантский каньон, называемый Chasma Boreale, заключается в том, что вулканическое тепло растопило лед и вызвало катастрофическое наводнение, которое образовало пропасть. Другие ученые предположили, что ветер, спускающийся с вершины шапки, вырезал Chasma Boreale изо льда.
Многочисленные объяснения были предложены и для спиральных желобов. Один объясняет впадины как трещины, вызванные потоком льда с полюса. Другой использует модель, чтобы предположить, что впадины являются естественным результатом солнечного нагрева и боковой теплопроводности во льду.
В двух новых статьях под руководством Джека Холта и Исаака Смита из Техасского университета в Институте геофизики в Остине использовались данные с неглубоких подземных радиолокаторов (SHARAD) на Марс-разведчике (MRO) для изучения внутренней структуры ледяной шапки. и обнаружить происхождение впадин и пропасти.
«SHARAD посылает импульсы радиоволн с орбиты 700 раз в секунду», - пояснил Холт. «Некоторая энергия отражается от поверхности, а затем от подповерхностных границ, если промежуточный материал позволяет радиоволнам проникать. Радар на этой длине волны (около 20 метров) очень хорошо проникает в лед, и его используют с самолетов на Земле для картирования больших участков ледяного покрова Земли ».
«Объединяя все отражения, можно получить представление о том, что находится под
поверхность », добавил Смит.
Холт объяснил, что способность отображать не только элементы поверхности, но и внутреннюю структуру ледяной шапки «открывает дверь, чтобы лучше понять, что мы видим на поверхности, предоставляя критический контекст во времени».
Нанося на карту трехмерную структуру северной полярной ледяной шапки, Смит и Холт определили, что как впадины, так и Chasma Boreale были образованы катабатическими ветрами, которые дуют с вершины ледяной шапки.
«Мы не говорим, что они были вырезаны ветром, скорее, что ветер сыграл важную роль в их формировании и развитии». Холт сказал. «Chasma Boreale - старая особенность, которая сохранилась, потому что там не скапливался новый лед, вероятно, из-за постоянных ветров, исходящих из самой высокой точки на ледяной шапке».
Холт также обнаружил доказательства существования еще одного старого каньона, который со временем был полностью заполнен. «На поверхности не осталось никаких доказательств того, что это было ранее», - сказал Холт. «Однако мы можем отобразить это в радиолокационных данных».
Спиральные желоба также контролируются ветром. «Радарные слои, которые мы видим, свидетельствуют о переносе ветра, потому что они различаются по толщине и высоте [по впадинам]», - пояснил Смит, ведущий автор статьи. «Ветер движется через желоб, а не через него [и] перемещает лед со стороны против ветра (тем самым уменьшая их слой) в сторону против ветра (добавляя больше к существующему слою)».
Это приводит к тому, что спиральные впадины мигрируют против ветра с течением времени, явление, впервые предложенное Аланом Говардом, исследователем из Университета Вирджинии, в 1982 году. «Многие люди выдвигали другие гипотезы, предполагающие, что он ошибался», - сказал Смит. «Но когда вы смотрите на гипотетическое сечение из его статьи, оно выглядит почти так же, как то, что мы видим на радиолокационных данных. Мы были поражены тем, насколько точно Алан Ховард предсказал, что мы будем
видеть."
Желоба имеют спиральную форму благодаря вращению планеты. По мере того, как катабатические ветры дуют из центра шапки вниз в более низкие широты, они скручиваются той же самой «силой Кориолиса», которая вызывает ураганы на Земле.
Слои, которые Холт и Смит нанесли на карту с использованием радиолокационных данных, также позволяют предположить, что потоки льда на Марсе гораздо реже, чем на Земле. Отсутствие потоков означает, что полярный лед на Марсе сохраняет более сложные слои, чем ожидалось. «Эта сложность накладывает весьма специфические ограничения на климатические процессы, ответственные за [слои]», - сказал Холт. «В конечном итоге мы сможем реконструировать ветры и модели накопления через полярную шапку и во времени».
Холт планирует использовать древние полярные ландшафты, полученные из данных SHARAD, наряду с моделированием марсианского климата для моделирования формирования полярной шапки. «Если мы сможем воссоздать основные функции, такие как Chasma Boreale [в моделях], то мы многое узнаем о климате на Марсе в этот период».
Смит и Холт также планируют изучить влияние наклона Марса на формирование ледяной шапки. «Поскольку орбита и наклон Марса так сильно меняются относительно Солнца, было бы неплохо увидеть, как это повлияло на отложение льда на крышке. Это требует гораздо большего картирования, и мы уже начали этот процесс », - сказал Смит.
«На Марсе еще предстоит много исследований», - сказал Смит. «На планете много загадок, некоторые из которых мы еще даже не нашли».
