Разгадана пятидесятилетняя загадка медленного течения полярного льда на Марсе

Полярные ледяные шапки Марса были одними из первых земноподобных объектов, обнаруженных на Марсе. С момента появления кино в XIX веке исследователи ожидали увидеть похожую на земную активность, например, полярные ледяные потоки. Однако Марс не оправдал ожиданий.

В 1971 году аппарат Mariner 9 впервые увидел южный полярный лед на Марсе, что положило начало 50-летним дебатам о том, течет ли лед или нет. Каждый раз, когда возникала интерпретация течения, она быстро опровергалась новыми наблюдениями.

В течение 50 лет исследователи пытались объяснить эту неподвижность льда. Теперь в новой работе под руководством Айзека Смита, старшего научного сотрудника Института планетологии, есть ответ: лед, состоящий из разных слоев материала, может удерживаться на месте этими слоями.

На снимках высокого разрешения полярных ледяных шапок Марса видны сложные слоистые структуры. Толщина этих шапок составляет 2-3 километра (1,2-1,9 мили), а протяженность – более 1 000 километров (600 миль) по марсианским полюсам. Эти шапки состоят в основном из водяного льда. Подо льдом лежит сложный ландшафт, состоящий из крутых склонов и скал.

Исследователи ожидали, что скорость течения льда в этих регионах может достигать 1 метра в год, и даже по самым скромным прогнозам скорость течения может составлять 10 см в год. Такая скорость течения была бы заметна на снимках, сделанных за короткое время современными аппаратами, способными разрешать объекты размером 1,2-2,4 метра (4-8 футов). Долгосрочный поток должен быть заметен и в других объектах, таких как морены (или кучи обломков), впадины в ледяных скалах и слои коробления. Ничего подобного не наблюдается ни в одном месте полярной шапки, покупка и продажа акций.

Учитывая отсутствие наблюдений, подтверждающих движение льда, Смит говорит: “Итак, вопрос в том, почему лед движется медленнее, чем предсказывалось, и насколько медленно? У нас есть верхний предел, поэтому давайте проверим несколько гипотез. В своей работе я рассмотрел четыре гипотезы, чтобы выяснить, могут ли они замедлить движение льда”.

В докладе в журнале Icarus “The Undetectable Flow Hypothesis in Polar Layered Deposits of Mars” Смит проводит сложные расчеты для четырех различных сценариев: 1) лед слишком холодный, чтобы двигаться, 2) примеси во льду замедляют его движение, 3) однородная смесь материалов замедляет поток и 4) лед слоистый, что уникальным образом замедляет поток льда до неизмеримого расхода.

Хотя все четыре идеи казались возможными, математические модели показали, что в первых трех случаях лед все равно должен был двигаться, оставляя за собой следы. И только в последнем случае, в модели многослойного ландшафта, лед оставался на месте.

“Слои похожи на приготовление s’mores или печенья Oreo – твердые слои с мягкими слоями в середине. Если вы уложите достаточное количество Oreo друг на друга и надавите, произойдет некоторое растекание, но не такое сильное, как при смешивании крошек Oreo”, – объясняет Смит. “Слоистая модель может замедлить процесс на несколько порядков – этого достаточно, чтобы соответствовать наблюдаемому движению (или его отсутствию)”.

Создавая модели, позволяющие понять разнообразие ледников в нашей Солнечной системе, мы начинаем понимать, что физика может быть везде одинаковой, но конкретные местные условия заставляют действовать совершенно по-разному. Легко представить, что Марс похож на Землю, и, возможно, когда-то так оно и было, но в течение последнего миллиарда лет или около того на Марсе был уникальный, суровый климат, который оставляет нам возможность изучать некоторые очень не похожие на Землю особенности.

“Исследователи еще Персиваль Лоуэлл изучали полярные шапки Марса. Лоуэлл даже рассматривал возможность существования ледяных потоков и каналов, которые могли бы помочь людям, живущим на Марсе”, – говорит Смит, ссылаясь на работы Лоуэлла в конце 1800-х и начале 1900-х годов.

“Нам нужно понять основные физические принципы, прежде чем мы сможем сказать много нового о том, что происходит на других планетах. Это довольно эзотерично. Очень немногие люди интересуются динамикой ледяных щитов на других планетах, но гораздо больше людей интересуются историей льда. на Марсе Без надлежащего контекста мы можем быть введены в заблуждение на десятилетия”.

“Чтобы сделать это правильно, нам нужно знать, какие процессы активны, а какие нет. Я думаю, что эта работа приближает нас к пониманию того, почему лед на Марсе ведет себя так неподвижно”.