«Пауки» на Марсе. Что это такое?

Одна из загадок Красной планеты, которую удалось разгадать ученым.

В начале столетия орбитальный аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter обнаружил на поверхности Марса странные образования, которые ученые недолго думая назвали пауками. Эти необычные системы ветвления и фрактальные впадины встречаются только в южном полярном регионе планеты и не имеют аналогов в Солнечной системе. 

Ученые сразу же выдвинули версию о происхождении этих образований, но свое подтверждение она нашла только сейчас. Исследователи получили первые физические доказательства, подтверждающие наиболее популярную модель образования таких структур, известную как гипотеза Киффера. Согласно этой идее, паучьи формы образуются путем прямой сублимации замороженного углекислого газа.

Марс имеет много сходных характеристик с Землей, но в то же время сильно от нее отличается. Красная планета имеет похожий наклон, что делает сходными сезонные колебания температур. Однако сезоны на Марсе в два раза длиннее земных. Это означает значительное снижение температуры осенью и зимой и ее повышение весной и летом.

С другой стороны, марсианская атмосфера очень отличается от атмосферы Земли; она намного тоньше и состоит в основном (около 95 процентов) из углекислого газа. Планета находится намного дальше от Солнца, поэтому там заметно холоднее. Когда наступает зима, углекислый газ из атмосферы замерзает на поверхности, особенно в высоких широтах.

В 2006 и 2007 годах геофизик Хью Киффер и его коллеги предположили, что весной этот замороженный углекислый газ сублимируется, то есть переходит из льда в газ, без промежуточной стадии плавления в жидкость. По мере того, как газ нагревается и расширяется, давление нарастает, что приводит к образованию трещин. Направляясь к вентиляционному отверстию, газ прорезает паукообразную систему каналов на поверхности Марса. 

Фото: NASA

Киффер отметил, что этот гипотетический процесс не похож ни на что, наблюдаемое на Земле. Кроме того, его также никогда не наблюдали на Марсе. Чтобы подтвердить гипотезу ученого, МакКаун и ее команда разработали эксперимент, позволяющий воспроизвести данный процесс в лабораторных условиях.

Они использовали явление, называемое эффектом Лейденфроста, которое каждый может наблюдать на своей кухне. При нем жидкость в контакте с твёрдой поверхностью, значительно более горячей, чем точка кипения этой жидкости, образует теплоизолирующую прослойку пара между поверхностью и жидкостью, замедляющую быстрое выкипание. Именно поэтому вода на очень горячей сковородке «прыгает» и почти левитирует, как ртуть. 

В специальной камере с давлением, пониженным до марсианского уровня, команда поместила пластину льда с CO₂ с единственным просверленным отверстием на поверхности, покрытой крошечными зернами стекла, имитирующими грязь или реголит. 

Когда лед коснулся поверхности, он начал сублимироваться, что проявилось в виде газа, выходящего из отверстия. Как только команда подняла лед, они обнаружили паутинообразную фрактальную систему каналов, вырезанную в стеклянном песке. 

Фото: Lauren McKeown

Фактически, процесс был настолько интенсивным, что материал был разбросан по всей камере. Это позволяет предположить, что скорость сублимации льда на Марсе может быть на порядок выше, чем на Земле.

Команда повторила эксперимент с зернами разного размера, чтобы увидеть, как разные текстуры реголита влияют на результат. Они обнаружили, что чем мельче размер зерна, тем более разветвленный узор образуется в итоге.

Результаты показывают, что у геоморфных процессов на Марсе все еще есть несколько секретов, а также – что сублимация углекислого газа может быть объяснением других странных особенностей поверхности Марса.