Ледяные шапки на Марсе дают ключ к разгадке древних климатических условий

Будучи студенткой первого курса магистратуры факультета наук о Земле, Кэтрин Лутц была очарована спутниковыми снимками Марса, на которых были видны спиралевидные формы, закручивающиеся в полярных ледяных шапках планеты.

Состоящие из чередующихся слоев льда и пылевых отложений и имеющие глубину от 400 до 1000 метров, эти спиральные узоры не встречаются нигде на Земле.

«Они выглядят потрясающе, но понимаем ли мы, почему они образуются или как они эволюционируют со временем?» — спрашивает Лутц, который сейчас является аспирантом Школы Гуарини и сотрудником Национального научного фонда в лаборатории профессора Марисы Палуцис, чьи исследования включают эволюцию планетарного ландшафта. «Почему они здесь? Как мы можем использовать эти особенности?»

Слои на полярной ледяной шапке предлагают ученым одну из лучших климатических записей для Красной планеты.

«Марс претерпел значительные изменения климата, и мы, как ученые-планетологи, тратим много времени на то, чтобы понять это», — говорит Палуцис. «Вопрос о том, сколько воды протекало по его поверхности (и когда), занимает центральное место в его исследовании».

В исследованиях 2013 года высказывалось предположение, что эти «впадины» могут быть вызваны катабатическими ветрами — ветрами, которые сначала движутся быстро, вызывая эрозию, а затем быстро снижаются и замедляются, что приводит к образованию отложений. В результате впадины должны иметь асимметричные стены, а также облачные образования, нависающие над ними, что соответствует активности катабатического ветра.

Вместе с Палуцисом и профессором наук о Земле Робертом Хоули Лутц проанализировал десятилетние новые снимки и данные Марса и обнаружил, что хотя 80% впадин действительно были асимметричными, примерно 20% не были таковыми. Скорее, впадины на внешних краях ледяной шапки образуют довольно равномерную форму буквы «V», а их стенки по обе стороны имеют примерно одинаковую высоту. Кроме того, не все впадины были покрыты облаками.

В работе, опубликованной в Journal of Geophysical Research: Планеты, исследователи утверждают, что эти внешние впадины моложе тех, что находятся в центре полярной ледяной шапки, и, скорее всего, вызваны сильной эрозией в сравнении с катабатическим циклом ветра.

По словам Лутца, это может свидетельствовать о том, что 4-5 миллионов лет назад в марсианском климате произошел сдвиг, который изменил водный цикл планеты, заставив ветры, облака и лед течь по-другому.

Это поможет объяснить, почему впадины в центре ледяной шапки отличаются от впадин по краям, говорит Лутц: они образовались в разное время, в разных климатических условиях.

Подобные открытия имеют решающее значение для выяснения того, может ли Марс поддерживать или когда-либо поддерживал жизнь.

«Если мы хотим, чтобы на Марсе когда-нибудь появились люди, нам нужно выяснить историю этого источника воды», — говорит Лутц, имея в виду слои льда в этих спиралях.

«Можем ли мы потенциально использовать его, скажем, для добычи питьевой воды? И если мы захотим найти доказательства существования там жизни, мы не будем смотреть на внешние края ледяной шапки, где просто много эрозии и нет воды, поступающей в систему, и нет сильного нагрева».

Лутц не преминул заметить, что эти слои ледяной шапки — всего лишь записи о климате на современном Марсе. Необходимо провести дополнительные моделирования, чтобы прояснить историю и функции этих уникальных спиральных особенностей, а в перспективе — отправить на Марс физический ровер, чтобы «получить более конкретную информацию» о впадинах.

В ходе дальнейших исследований, проведенных Лутц и его коллегами, внимание будет уделено созданию более детализированных моделей климатических изменений на Марсе, которые могут пролить свет на сложные взаимодействия между ветром, водой и обледенением. Анализ данных с орбитальных спутников, таких как MAVEN и Mars Reconnaissance Orbiter, позволит ученым получить информацию о составах атмосферных и ледяных образований, что в свою очередь поможет в реконструкции исторических климатических условий.

Кроме того, в будущем планируется проводить лабораторные эксперименты, имитирующие марсианские климатические условия, что позволит анализировать, как конкретные факторы влияют на образование узоров и впадин. Это даст возможность воссоздать процессы эрозии и отложения в условиях, схожих с теми, что наблюдаются на поверхности Красной планеты.

Лутц подчеркивает важность международного сотрудничества в изучении Марса. Обмен данными и ресурсами с другими исследовательскими группами может ускорить прогресс в понимании марсианского климата и геологии. Чем больше мы узнаем о прошлом Марса, тем более обоснованной будет наша надежда на его будущем, включая возможность колонизации и поиска жизни.