Kształt dwumilowej wysokości czapy lodowej w Teksasie na biegunie północnym Marsa zaskakuje naukowców od czterdziestu lat, ale nowe wyniki, które zostaną opublikowane w dwóch artykułach w czasopiśmie Nature w dniu 27 maja, wzbudziły kontrowersje reszta.
Polarne czapki Marsa są znane od pierwszych teleskopowych widoków planety, ale wczesne obrazy statków kosmicznych ujawniły, że północna czapka polarna jest oceniana przez zagadkowe niecki, które spiralnie wychodzą ze środka, a także przepaść większą niż Wielki Kanion. Pochodzenie tych funkcji było przedmiotem dyskusji, odkąd zostały odkryte w 1972 roku.
Jedną z hipotez wyjaśniających gigantyczny kanion, zwany Chasma Boreale, jest to, że wulkaniczne ciepło stopiło lód i spowodowało katastrofalną powódź, która utworzyła przepaść. Inni naukowcy sugerują, że wiatr wiejący w dół ze szczytu czapki wyrzeźbił Chasma Boreale z lodu.
Sugerowano również wiele wyjaśnień dotyczących koryta spiralnego. Jeden z koryta wyjaśnia jako pęknięcia spowodowane przez wypływ lodu z słupa. Inny wykorzystuje model sugerujący, że rynny są naturalnym wynikiem ogrzewania słonecznego i bocznego przewodzenia ciepła w lodzie.
Dwa nowe artykuły, prowadzone przez Jacka Holta i Isaaca Smitha z University of Texas w Austin's Institute for Geophysics, wykorzystały dane z płytkiego radaru podpowierzchniowego (SHARAD) na Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) do zbadania wewnętrznej struktury pokrywy lodowej i odkryć pochodzenie koryta i przepaści.
„SHARAD wysyła impulsy fal radiowych z orbity, 700 razy na sekundę” - wyjaśnił Holt. „Część energii odbija się od powierzchni, a następnie od interfejsów podpowierzchniowych, jeśli interweniujący materiał pozwala na przenikanie fal radiowych. Radar o tej długości fali (około 20 metrów) bardzo dobrze penetruje lód i został użyty z samolotów na Ziemi do mapowania dużych części lodowych warstw Ziemi ”.
„Łącząc wszystkie refleksje razem, można stworzyć obraz tego, co leży pod spodem
powierzchni ”- dodał Smith.
Holt wyjaśnił, że zdolność do mapowania nie tylko cech powierzchni, ale także wewnętrznej struktury pokrywy lodowej „otwiera drzwi do lepszego zrozumienia tego, co widzimy na powierzchni, zapewniając krytyczny kontekst na czas”.
Mapując trójwymiarową strukturę czapy lodowej północnej, Smith i Holt ustalili, że zarówno rynny, jak i Chasma Boreale zostały utworzone przez wiatry katabatyczne, które wieją ze szczytu pokrywy lodowej.
„Nie twierdzimy, że zostały wyrzeźbione przez wiatr, a raczej, że wiatr miał znaczącą rolę w ich formowaniu i ewolucji”. Powiedział Holt. „Chasma Boreale to stara funkcja, która przetrwała, ponieważ nie zgromadził się tam nowy lód, prawdopodobnie z powodu uporczywych wiatrów dochodzących z najwyższego punktu pokrywy lodowej”.
Holt odkrył również dowody na istnienie innego starego kanionu, który z czasem został całkowicie wypełniony. „Na powierzchni nie pozostały żadne dowody wskazujące na to, że wcześniej”, powiedział Holt. „Możemy go jednak zmapować w danych radarowych”.
Koryta spiralne są również kontrolowane przez wiatr. „Obserwowane przez nas warstwy radarowe wskazują na transport wiatru, ponieważ różnią się grubością i wysokością [w poprzek koryta]” - wyjaśnił Smith, główny autor artykułu dotyczącego koryta. „Wiatr porusza się po rynnie zamiast przez nią [i] przesuwa lód ze strony pod wiatr (tym samym rozrzedzając warstwę) na stronę pod wiatr (jeszcze bardziej zwiększając istniejącą warstwę).”
To powoduje, że spiralne rynny migrują w czasie pod wiatr, zjawisko to po raz pierwszy zaproponował Alan Howard, badacz z University of Virginia, w 1982 r. „Wiele osób zaproponowało inne hipotezy sugerujące, że się mylił” - powiedział Smith. „Ale kiedy spojrzysz na hipotetyczny przekrój jego pracy, wygląda prawie dokładnie tak, jak widzimy w danych radarowych. Byliśmy zaskoczeni, jak trafny Alan Howard przewidział, co zrobimy
widzieć."
Koryta mają kształt spiralny ze względu na obrót planety. Gdy wiatry katabatyczne wieją od środka czapki w dół do niższych szerokości geograficznych, są one skręcane przez tę samą „siłę Coriolisa”, która powoduje, że huragany wirują na Ziemi.
Warstwy, które Holt i Smith odwzorowali za pomocą danych radarowych, sugerują również, że przepływ lodu jest znacznie rzadszy na Marsie niż na Ziemi. Brak przepływów oznacza, że lód polarny na Marsie zachowuje bardziej złożone warstwy niż oczekiwano. „Ta złożoność nakłada bardzo specyficzne ograniczenia na procesy klimatyczne odpowiedzialne za [warstwy]” - powiedział Holt. „W końcu będziemy w stanie odtworzyć wiatry i wzorce akumulacji w czapce polarnej i w czasie”.
Holt planuje wykorzystać starożytne krajobrazy polarne wywodzące się z danych SHARAD wraz z symulacjami marsjańskiego klimatu do modelowania formowania się czapy polarnej. „Jeśli uda nam się odtworzyć główne funkcje, takie jak Chasma Boreale [w modelach], wówczas dowiemy się wiele o klimacie na Marsie w tym okresie.”
Smith i Holt planują również zbadać wpływ przechyłu Marsa na powstawanie pokrywy lodowej. „Ponieważ orbita i pochylenie Marsa tak bardzo zmieniają się w stosunku do Słońca, fajnie byłoby zobaczyć, jak wpłynęło to na osadzanie się lodu na czapce. Wymaga to znacznie więcej mapowania, a my już rozpoczęliśmy ten proces - powiedział Smith.
„Nadal jest wiele badań do zrobienia na Marsie” - powiedział Smith. „Na planecie jest wiele tajemnic, których niektórych jeszcze nie znaleźliśmy”.
