Химический состав марсианского льда

Ученые выяснили возраст льда на Марсе по содержанию пыли и его отражающей способности

Марс — невероятно пыльная планета. Периодически ее всю охватывают пылевые бури, которые видны даже с Земли. По одной из версий ученых, пылевые бури даже могли стать причиной потери Марсом воды. Правда, с планеты исчезла не вся вода. Часть ее в замороженном виде сохранилась и до наших дней. Напомним, что температура здесь колеблется в районе -60 градусов. Поэтому в жидком виде вода встречается крайне редко в виде соленых ручьев, когда летнее солнце растапливает стенки кратеров. Однако такая ситуация, по мнению ученых, была не всегда, о чем я недавно писал. Исследователи продолжают ломать голову над тем, что с водой происходило раньше, до того, как Марс превратился холодную и покрытую пылью пустыню. Получить ответы может помочь оставшийся на планете лед — его состав, плотность и прочие характеристики. Эта информация позволит ученым понять какие процессы воздействовали на воду, чтобы впоследствии воссоздать ее историю. Но несмотря на то, что Марс изучает уже не первый марсоход, о его воде ученым приходится судить лишь по снимкам, полученным с камер и спектрометров орбитальной станции. Другими словами, информации не так уж много, чтобы делать какие-либо сложные выводы. Однако недавно ученые разработали способ, который даже на основе снимков позволяет определять возраст воды и получать другие некоторые данные.

Ученые нашли способ, как по яркости и цвету льда на Марсе определить его возраст

Какой на Марсе лед и откуда он взялся

Согласно основной версии ученых, ледяные залежи, обнаруженные на Марсе, возникли из снега, который выпал на поверхность планеты миллионы лет назад. Со временем он утрамбовывался, в результате чего вначале образовался фирн, то есть промежуточная стадия между снегом и льдом.

Примерно так выглядит фирн на Земле

В отличие от снега, фирн зернистый, частично перекристаллизованный. Больше всего эта субстанция напоминает старый снег на Земле, который пролежал всю зиму, при этом периодически подтаивал и замерзал. Затем из фирна на Марсе возник лед, напоминающий ледники на Земле.

Ученым известно, что старый снег, который сильно спрессован из мелких крупинок, обладает меньшей отражающей способностью, чем свежий. Но кроме возраста на его отражающую способность влияет также пыль, которой на Марсе даже больше, чем льда.

Ранее ученые по яркости и длине волн, отражающихся от разных участков поверхности планеты, делали выводы о количестве на поверхности льда. Содержание же пыли и другие параметры замерзшей жидкости по снимкам вычислить было невозможно.

Как ученые вычислили возраст льда на Марсе по его отражающей способности

Ученые из университета штата Аризона и Вашингтонского университета придумали, как получить больше информации о льде на Марсе и его возрасте. Для этого они использовали те данные о свойствах льда на красной планете, которые были получены более 10 лет назад аппаратом Феникс.

Собранную информацию они использовали для компьютерного моделирования, основанного на свойствах земного льда. Вначале компьютерное моделирование помогло спрогнозировать отражающую способность снега и льда на Земле в разных условиях. Затем ученые сопоставили яркость земного льда и марсианского. Это позволило определить степень запыленности льда на Марсе.

Снег на Земле гораздо ярче и светлее, чем на Марсе

По сути, ученым удалось разработать новый метод определения характеристик льда по яркости и его цвету. Результаты исследования подробно описаны в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

На основе разработанной модели ученым удалось выяснить, что фирн и лёд, которые содержат пыль в размере более 0,01%, обладают даже худшей отражающей способностью, чем чистая марсианская пыль. Поэтому на снимках в видимом спектральном диапазоне легко спутать лед с небольшим содержанием пыли и чисто пыль. К примеру, такие снимки делает камера HiRISE, которая установлена на ныне действующей орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter.

Космический аппарат Феникс приземлился на участке, где снег последний раз выпадал миллион лет назад

Также ученым удалось рассчитать возраст льда, который находился на том участке, где сел аппарат Феникс. Созданная учеными модель показала, что он образовался из снега, который содержит одну сотую долю процента пыли. Выпал он около миллиона лет назад.

В настоящий момент исследователи работают над тем, чтобы улучшить и повысить точность компьютерного моделирования марсианского льда. Это позволит изучить, как он «развивался» с течением времени, способен ли таять и образовывать жидкость так же, как и лед на земле. Конечно, речь идет пока только об изучении воды на поверхности планеты. Однако, как предполагают ученые, Марс также имеет подземную систему озер.

Источник

Ледники Марса: чем они могут быть полезны?

Задаваясь вопросом, есть ли лед на Марсе – можно с уверенностью сказать. – Да, у Марса есть лед на обоих его полюсах. В условиях разряженной атмосферы Марса и низких температурах, вода может существовать на планете только в виде льда.

Лед на поверхности Марса

Порядка нескольких миллиардов лет назад Марс имел развитую гидросферу, представленную океаном, озерами, реками и ледниками. Тогда на планете вполне могла существовать биосфера. Миллиард лет назад на планете стали происходить резкие смены климата, тектонические процессы. Менялись характеристики атмосферы и гидросферы. В конце концов, Марс принял современный облик.

Лед на Марсе представлен ледниками на поверхности и замерзшими озерами под землей. Состав этих отложений достаточно специфический. В него может входить вода, грунт, минералы и углекислый газ.

По характеру состава различают пару видов льда: сухой и водяной. Если с водяным все понятно, то состав сухого льда основан на замерзшем углекислом газе. Основания для этого вполне имеются, ведь атмосфера Марса на 95% состоит из углекислоты.

Залежи льда сконцентрированы преимущественно в кратерах, полярных шапках и под грунтом. На планете две шапки: Северная и Южная. Они остаются основным поверхностным источником воды в виде льда. Последние исследования показывают, что природа, а также характеристики полярных шапок различаются, как и их состав. Северная шапка больше и, скорее всего, состоит большим образом из воды, в то время как Южная включает в состав много замёрзших паров углекислоты.

Другим местом отложений стали кратеры со льдом. Один назван в честь советского конструктора ракет Королева. Кратер Королев диаметром более 80 км содержит 2000 кубических километров замороженной жидкости и газов толщиной более полутора километров. Независимо от времени года отложения в кратере не тают. Явление основано на «ловушке» воздуха. Газ проходит мимо льда, охлаждается и опускается на его поверхность. Благодаря этому поверхность остается замороженной весь марсианский год.

Подповерхностный лед может покрывать всю планету

Недавно ученые нашли лед под поверхностью Марса. Под марсианскими равнинами, усеянными кратерами и трещинами располагаются не растаявшие ледяные залежи, по площади приблизительно равные самому большому из Великих озер. Скопления залегают под слоями земли на глубине от 1 до 10 метров коркой свыше 150 метров в толщину и содержат более половины водяного льда в своем составе. Скопления были обнаружены благодаря эрозионным процессам марсианской земли. Вся планета или огромные ее площади вполне могут быть покрыты подповерхностной ледяной коркой. Общего количества льда на Марсе достаточно, чтобы затопить его 10 метровым слоем жидкости.

Изображение где эрозия на Марсе обнажила большие крутые разрезы чистого подземного льда

Еще позднее под поверхностью Марса с помощью низкочастотных радаров нашли соленое подземное озеро размерами в 20 километров. Это подтвердило гипотезу о том, что жидкость может находиться внутри и образовывать целые подземные реки и озера.

Признаки замерзшей жидкости имеются и в верхних слоях грунта. Известный марсоход пробуксовал на одном месте, создав небольшое углубление в целях эксперимента. В нем на снимке отчетливо виден лед, который не тает из-за низких температур.

Можем ли мы растопить лед на Марсе?

Перед тем, как колонизировать планету, ее нужно терраформировать, то есть создать климатические условия, благоприятные для жизни. Исследователи называют разные сроки, за которые можно завершить процесс, но независимо от этого приемы остаются одинаковыми. Создать пригодные для жизни условия, возможно только с уплотненной атмосферой и более высоким давлением.

Водный лед поможет колонизаторам в освоении. Запасы будут полезны не только в качестве источника питьевой воды, но и для образования парниковых газов. А для этого его нужно растопить.

Способов, как растопить лед предложено много: от ядерного взрыва в тонких слоях атмосферы до гигантских орбитальных зеркал, которые бы фокусировали солнечные лучи на определенном участке. Для создания понадобилось бы 300 отражающих зеркальных панелей диаметром по 100 метров каждая. Такая процедура позволила бы создать плюсовую температуру и комфортные условия для жизни и работы космонавтов, расплавила ледяные покровы.

Последствия

На планете уже содержится много углекислоты и на это стоит обратить внимание. Принятие каких-либо попыток по утеплению без учета этого может закончиться созданием второй Венеры. Температура и давление станут противоположными нынешним, но все равно останутся непригодными для жизни. Более того, вся поверхность может оказаться под несколькими метрами воды.

Попытки еще больше исследовать планету на наличие органики и пригодных для жизни ресурсов в виде льда продолжаются, как и создание новых идей и способов колонизации. Даже если ледяных запасов хватит на создание благоприятных условий, они исчезнут приблизительно через 100 миллионов лет, что в масштабах человеческого развития является очень большим сроком.

Источник

«Марсианский» минерал нашли во льдах Антарктиды

Неожиданную находку во льдах Антарктиды сделали геологи из Университета Милана. Исследователи во главе с ученым Джованни Бакколо пробурили лед и на глубине 1 620 метров нашли минерал ярозит.

Обнаружение этого хрупкого желто-коричневого вещества удивило геологов, поскольку минерал чаще встречается на поверхности Марса, чем на Земле. В частности, ярозит в большом количестве был найден в 2004 году во время миссии NASA Opportunity на Красной планете, пишет журнал Science.

Для образования ярозита необходимы вода, железо, сульфат, калий и кислая среда. Причем элементы должны находиться в определенной пропорции. На поверхности нашей планеты ярозит в небольших объемах встречается в отходах горной промышленности.

Открытие говорит о том, что и антарктический, и марсианский ярозит образуются одинаково: когда смесь элементов в определенной пропорции попадает в ловушку льда, объяснили ученые.

По их мнению, находка способна пролить свет на историю Марса. Если ярозит образовался в ледниковых недрах Антарктиды в ходе химических процессов, то похожие условия когда-то должна были наблюдаться и на поверхности Красной планеты. Если эта гипотеза верна, то ледники не просто формировали сушу, но и меняли химический состав Марса, подчеркнули исследователи.

Источник

Ледяные, полярные шапки Марса – состав и структура

О появлении марсианских шапок на обоих полюсах было известно еще в XVII веке. Но более точные данные получены в XX-XXI веке, благодаря новым технология, позволяющие делать более детальные исследования. Что в себе таят белоснежные образования, предстоит еще изучить, ведь вопрос о присутствии воды на планете является приоритетным для многих ученых.

Откуда мы знаем, что у Марса есть полярные шапки

Исторически отмечен факт, что впервые про полярные шапки планеты Марса стало известно еще в 1666 году. Наблюдая за планетой, астроном Джованни Доменико Кассини обнаружил белое пятно на одном из полюсов Марса. В 1672 году другим ученым Христианом Гюйгенс была зафиксирована белоснежная область Южного полюса, которая состояла, как предполагали, из снега и льда. А уже в 1704 году Жаком Филиппом Маральди были проведены регулярные наблюдения снежного покрова Южной шапки, им было удостоверено, что она изменяется в ходе вращения планеты.

Более подробно удалось рассмотреть природное явление на полюсах Марса в конце 20 века. Этому способствовали более мощные телескопы и орбитальные станции над планетой.

Изображение Северной полярной шапки Марса, полученное Маринер-9 12 октября 1972 года

Полярные шапки и их особенности

Белоснежный покров на Марсе, это уникальное образование. Помимо этого, он предопределен некоторыми особенностями, которые интригуют ученых, подталкивая к более тщательному их изучению. К примеру, известно, что:

• Снежные пласты состоят из водяного льда (нижний пласт) и замороженного сухого льда (СО2).
• Заснеженный покров в зависимости от сезона может менять форму, увеличиваясь или уменьшаясь.
• Примечателен тот факт, что когда в Южном полушарии зима в Северном лето и наоборот.
• Южная остаточная шапка полностью идентична по составу льда с Северным полярным покровом.
• Одинаковым является и сама плотность льда, она находится на значении 1220 кг/м 3 .

С наступлением лета на верхний белый слой, стоящий из замороженного сухого льда превращается в углекислый газ. Газообразная субстанция благодаря сильнейшим ветрам (могут достигать сотни метров в секунду) перенаправляется с одного полушария на другой.

Уникальность залежей льда в том, что они имеют ярко выраженные спиралевидные борозды, которые расходятся непосредственно из ее центра. Учеными было выдвинуто несколько гипотез, которые могли бы объяснить причудливые формы, образованные белоснежным покровом:

• По одной из гипотез утверждалось, что лед, находящийся ближе к центру борозды при вращении небесной звезды движется намного медленнее, чем ледяные образования, расположенные дальше. В результате этого проистекает трение между разными слоями и появляются большие разломы.
• Вторая гипотеза, выдвинутая Джеком Хольтом говорит о том, что причиной такого явления могут быть катабатические ветра, которые расходятся непосредственно от полюса. На поверхности возможно действует сила Кориолиса, делая вихревые образования, происходящие в процессе вращения небесного тела вокруг своей оси.

Об заснеженных марсианских территориях, сведения были получены учеными, благодаря передаче данных с орбиты зондом SHARAD (Shallow Radar) в 2006 году. Этот аппарат позволил ученым заглянуть под слои льда и понять, по какому принципу разрасталось и развивалось это образование с момента его возникновения. А также, что находится под ледяными слоями полюсов, которые расположены по обеим сторонам Красной планеты.

Состав

Полярные залежи на Марсе, это постоянные явления, которые при смене сезонов либо увеличиваются, либо уменьшаются. Но состав двух слоев, нижнего основного и верхнего остается константным. Снежный покров Красной планеты состоят из:

• двуокиси углерода, имеющие примеси пыли;
• замерзшей воды в небольшом количестве;
• газогидрата, являющийся промежуточным составом льда.

Последний разлагается при температуре меньше -148 градусов на углекислоту и воду. С наступлением более теплого периода, состоящая ледяная масса из газогидрата преобразуется в газообразное состояние, но пропустив при этом жидкую фазу. Поэтому из двух слоев нижний константный все время, а верхний видоизменяется и зависит от погодных условий, происходящие при смене времен года.

Южная полярная шапка

На южном полюсе Красной планеты отображена заснеженная территория. Если ее измерить в километрах, то в поперечнике своего Южного полюса она распространяется на 400 километров.

Южная полярная шапка Марса, снимок Mars Global Surveyor (27 апреля 2000 года)

Особенность снежного образования в том, что Южная полярная шапка планеты Марса:

• Проходит зимой самый удаленный участок от своей орбиты к Солнцу, а летом наоборот.
• Южное полушарие в зимний период находится в тени планеты, а в летний повернуто к Солнцу.
• Южная полярная шапка считается самой холодной и полностью состоит из затвердевшей углекислоты.
• Зимой может разрастаться до половины Южного полушария.

Одним из отличий считается размер Южного снежного покрова, так как он намного меньше того, что на северном полушарии Марса. Но даже с учетом того, что размер остаточной южной полярной шапки меньше по размеру, в летнее время она не исчезает. Подобное явление вызвано тем, что южное полушарие в летний период находится ближе к Солнцу. А именно планета Марс находится непосредственно на близком расстоянии от небесного светила (Солнца) в перигелии.

В ходе исследования поверхности Марса в 1969 году КА «Маринер 6,7» были сделаны не только качественные снимки, но и производились замеры на южной полярной шапке. Согласно данным аппарата здесь была зафиксирована достаточно низкая температура, она составляла -125, но может достигать -153 градусов. Причиной такой низкой температуры в том, что южное полушарие находится на большем расстоянии от Солнца и полностью в тени самой планеты и соответственно на его поверхность не попадают солнечные лучи.

Учеными отмечено, что Южный полюс имеет более глубокие ледяные залежи. Так как лед заложен еще на 3,7 километров в глубину, а на северной стороне лед скрывается на глубине 1,7 км. Северное полушарие отличается от противоположной стороны, тем, что на нем не образуются пятна, замеченные на Южном полюсе Марса.

Северная полярная шапка

В зимнюю пору снежное образование Северной полярной шапки Марса может разрастаться более чем на полторы тысячи километров в поперечнике. С наступление весны верхний слой, в силу повышения температуры постепенно происходит процесс испарения. Даже при наличии относительного тепла, диаметр снежного покрова на северном полушарии остается в пределах 1100 километров, он называется остаточной шапкой. По мнению ученых, этот пласт ледника, по толщине примерно 100 метров и состоит из обыкновенной замерзшей воды с пылевыми примесями. Исследователи говорят, что этот твердый лед образовывался тысячелетиями и предпосылок его таяния нет.

Северная полярная шапка Марса, снимок орбитальной станции Mars Global Surveyor (13 марта 1999 года)

Особенность снежного образования Северной полярной шапки Марса:

• Проходит летом самый удаленный участок от своей орбиты к Солнцу, а зимой наоборот.
• Северное полушарие в зимний период находится в тени планеты, а в летний повернуто к Солнцу.
• Северная шапка зимой может разрастаться до третьей части Северного полушария.

Верхний слой значительно меньше нижнего и представлен всего метровой высотой. Основной состав, это сухой лед, образованный замерзшей углекислотой. Зимой происходит накопление верхнего слоя из-за замерзания углекислоты после того, как она с наступлением лета превратилась в газообразное состояние. Таким образом, зимой получается обратный процесс сублимации и нижний ледяной пласт обрастает сухим льдом. Площадь замерзлой территории на Северном полушарии может увеличиваться в зависимости от суровости зимы и может достигать 500 и больше градусов по широте. Это явление еще практически не изучено, поэтому нет достоверной информации о том, как они появляются, и что этому способствует.

На Марсе, в его северной части средние температурные показатели воздуха не подымаются выше -70 градусов. А на поверхности Северной шапки измерение температурных показателей производилось в мае 1971 года после запуска на планету КА «Марс 2,3» и «Маринер 9». Ими зафиксировано температуру ниже -110 градусов.

Полярные шапки, это уникальное явление, которое было обнаружено не так давно, поэтому мало изучено, поскольку требует немало затрат на оборудование, которым производится их обследование. Но ученые не останавливаются на достигнутом и продолжают исследования снежных образований на одной из загадочных планет Солнечной системы.

Источник