Gejzíry na Marsu - Geysers on Mars
Marťanské gejzíry (nebo CO
2trysky ) jsou domnělá místa malých plynových a prachových erupcemi, které se vyskytují v jižní polární oblasti z Marsu během jarního tání. „Tmavé dunové skvrny“ a „pavouci“ - nebo araneiformy - jsou dva nejviditelnější typy rysů připisovaných těmto erupcím.
Marťanské gejzíry se liší od gejzírů na Zemi, které jsou obvykle spojeny s hydrotermální aktivitou. Ty se nepodobají žádnému pozemskému geologickému jevu. Odrazivost ( albedo ), tvary a neobvyklý vzhled pavouka těchto vlastností stimulovaly různé hypotézy o jejich původu, od rozdílů v odrazivosti od polevy až po vysvětlení zahrnující biologické procesy. Všechny současné geofyzikální modely však předpokládají nějaký druh tryskové nebo gejzírové aktivity na Marsu. Jejich charakteristiky a proces jejich vzniku jsou stále předmětem debaty.
Tyto vlastnosti jsou jedinečné pro jižní polární oblast Marsu v oblasti neformálně nazývané „kryptická oblast“, v zeměpisných šířkách 60 ° až 80 ° jižně a 150 ° W až 310 ° W; tato 1 metr hluboká ledová přechodová oblast oxidu uhličitého (CO 2 ) - mezi jizvami silné polární ledové vrstvy a permafrostu - je místem, kde se nacházejí shluky zjevných gejzírových systémů.
Sezónní námraza a odmrazování ledu oxidu uhličitého má za následek výskyt řady prvků, například tmavých dunových skvrn s pavoukovými rýhami nebo kanály pod ledem, kde jsou mezi zemí a ledem oxidu uhličitého vytesány pavoukovité radiální kanály , což mu dává vzhled pavučin, pak tlak hromadící se v jejich nitru vyvrhuje plyn a tmavý čedičový písek nebo prach, který se ukládá na povrchu ledu a vytváří tak tmavé dunové skvrny. Tento proces je rychlý, pozorovaný v průběhu několika dní, týdnů nebo měsíců, což je v geologii - zejména na Marsu - růst neobvyklý. Zdá se však, že k vyřezání větších kanálů podobných pavoukům bude zapotřebí několik let. O těchto funkcích neexistují žádná přímá data kromě snímků pořízených ve viditelném a infračerveném spektru .
Dějiny
Geologické rysy neformálně nazývané temné dunové skvrny a pavouci byly samostatně objeveny na snímcích pořízených kamerou MOC na palubě Mars Global Surveyor v letech 1998–1999. Zpočátku se obecně předpokládalo, že se jedná o nesouvisející rysy kvůli jejich vzhledu, takže od roku 1998 do roku 2000 byly hlášeny samostatně na různých výzkumných publikacích (a -respektive). Modely „Jet“ nebo „gejzír“ byly navrhovány a vylepšovány od roku 2000.
Název „pavouci“ vymysleli pracovníci společnosti Malin Space Science Systems , vývojáři kamery. Jednu z prvních a nejzajímavějších fotografií pavouků našel Greg Orme v říjnu 2000. Neobvyklý tvar a vzhled těchto „pavučin“ a skvrn způsobil mnoho spekulací o jejich původu. Sledování prvních let ukázalo, že během následujících marťanských let se 70% skvrn objevuje přesně na stejném místě a předběžná statistická studie získaná v období od září 1999 do března 2005 ukázala, že skvrny na tmavých dunách a pavouci jsou související jevy jako funkce cyklu oxidu uhličitého (CO 2 ) kondenzujícího jako „ suchý led “ a sublimujícího.
Původně se také předpokládalo, že tmavé skvrny jsou prostě teplé skvrny holé země, ale tepelné zobrazování v průběhu roku 2006 odhalilo, že tyto struktury byly stejně studené jako led, který pokrývá oblast, což naznačuje, že šlo o tenkou vrstvu tmavého materiálu ležícího na vrcholu led a stále zchladil. Brzy po jejich první detekci však byly objeveny negativní topografické rysy-tj. Radiální žlaby nebo kanály toho, co se dnes považuje za gejzírovité ventilační systémy.
Morfologie
Dva nejvýraznější rysy gejzírů (tmavé dunové skvrny a pavoučí kanály) se objevují na začátku marťanského jara na dunových polích pokrytých oxidem uhličitým (CO 2 nebo „suchý led“), hlavně na hřebenech a svazích dun; do začátku zimy zmizí. Tvar tmavých skvrn je obecně kulatý, na svazích je obvykle protáhlý, někdy s potoky - možná s vodou -, které se hromadí v tůních na dně dun. Tmavé dunové skvrny jsou typicky široké 15 až 46 metrů (50 až 150 stop) a jsou od sebe vzdáleny několik set stop. Velikost skvrn se liší a některá jsou malá až 20 m napříč - menší velikost je však omezena rozlišením obrazu - a může růst a splývat do několika kilometrů širokých útvarů.
Vlastnosti pavouka při individuálním pohledu tvoří kulatou laločnatou strukturu připomínající pavučinu vyzařující ven z laloků směrem ven z centrálního bodu. Jeho radiální obrazce představují mělké kanály nebo kanály v ledu tvořené proudem sublimačního plynu směrem k průduchům. Celá síť pavoučích kanálů má obvykle 160–300 m, i když existují velké rozdíly.
Zdá se, že charakteristická forma každého gejzíru závisí na kombinaci takových faktorů, jako je místní složení kapaliny nebo plynu a tlak, tloušťka ledu, podkladový typ štěrku, místní klima a meteorologické podmínky. Zdá se, že hranice gejzírů nekoreluje s jinými vlastnostmi povrchu, jako je nadmořská výška, geologická struktura, sklon, chemické složení nebo tepelné vlastnosti. Systém podobný gejzíru vytváří skvrny, ventilátory a skvrny s nízkými albedo, přičemž malé radiální pavoukovité kanálové sítě jsou nejčastěji spojeny s jejich polohou. Zpočátku se zdá, že jsou skvrny šedé, ale později jejich středy ztmavnou, protože se postupně zasypávají tmavým ejectou, považovaným převážně za čedičový písek. Ne všechny tmavé skvrny pozorované brzy na jaře jsou spojeny s podobou pavouka, nicméně převaha tmavých skvrn a pruhů na kryptickém terénu je spojena s výskytem pavouků později v sezóně.
Časosběrné snímky prováděné NASA potvrzují zjevné vyvržení temného materiálu po radiálním růstu pavoučích kanálů v ledu. Časosběrné zobrazování jedné oblasti zájmu také ukazuje, že malá tmavá místa obecně indikují polohu dosud neviditelných prvků pavouka; ukazuje také, že skvrny se výrazně rozšiřují, včetně tmavých ventilátorů vycházejících z některých skvrn, které se výrazně zvýrazňují a vytvářejí jasnou směrovost svědčící o působení větru.
Některé rozvětvené rokle se upravují, některé ničí a jiné vytvářejí kůru v dynamickém procesu poblíž povrchu, který rozsáhle přepracovává terén a vytváří a ničí povrchové vrstvy. Zdá se tedy, že Mars má dynamický proces recyklace své blízké povrchové kůry oxidu uhličitého. Proces růstu je rychlý, děje se během několika dní, týdnů nebo měsíců, což je v geologii - zejména na Marsu - růst neobvyklý. Byla zkoumána řada geofyzikálních modelů, které vysvětlují vývoj různých barev a tvarů těchto gejzírů na jižní polární ledové pokrývce Marsu.
Široký pohled na oblaky, jak je vidí HiRISE v programu HiWish Mnoho z oblaků zobrazuje při zvětšení pavouky.
Plumy, jak je vidí HiRISE v programu HiWish Arrow ukazuje dvojitý oblak. Důvodem může být měnící se vítr.
Dlouhý chochol, jak jej vidí HiRISE v programu HiWish
Pavouci, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Chocholy a pavouci, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Chocholy a pavouci, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Chocholy a pavouci, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Široký pohled na oblaky a pavouky, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Chocholy a pavouci, jak je vidí HiRISE v programu HiWish
Pavoučí terén na Marsu
Modely gejzírových mechanismů
Odhaduje se, že síla erupcí se pohybuje od jednoduchých vzestupů po vysokotlaké erupce rychlostí 160 kilometrů za hodinu (99 mph) nebo více, nesoucí tmavý čedičový písek a oblaky prachu vysoko ve vzduchu. Dále jsou diskutovány současné navrhované modely zabývající se možnými silami pohánějícími systém podobný gejzíru.
Atmosférický tlak
Povrchový atmosférický tlak na Marsu se každoročně pohybuje kolem: 6,7–8,8 mbar a 7,5–9,7 mbar; denně kolem 6,4–6,8 mbar. V důsledku tlakových změn se podpovrchové plyny periodicky rozpínají a smršťují, což způsobuje klesající tok plynu při zvyšování a vypuzování při snižování atmosférického tlaku. Tento cyklus byl poprvé kvantifikován měřením povrchového tlaku, který se každoročně mění s amplitudou 25%.
- Model hydrátu Clathrate
Tento model navrhuje sestupné proudění plynu při zvyšování a vzestupné proudění při snižování atmosférického tlaku. Při odmrazování mohou ledy (klatrát) částečně migrovat do půdy a částečně se mohou odpařovat. Tato místa mohou být ve spojení s tvorbou tmavých dunových skvrn a ramen pavouků jako cest cestujících po plynu.
Suché větrání
Některé týmy navrhují suché odvětrávání plynu a písku oxidu uhličitého (CO 2 ), ke kterému dochází mezi ledem a podložím. Je známo, že ledová deska CO 2 je prakticky průhledná pro sluneční záření, kde 72% sluneční energie dopadající 60 stupňů mimo svislou vzdálenost dosáhne dna vrstvy o tloušťce 1 m. Jednotlivé týmy z Tchaj -wanu a Francie navíc změřily tloušťku ledu v několika cílových oblastech a zjistily, že největší tloušťka mrazové vrstvy CO 2 v oblasti gejzírů je asi 0,76–0,78 m, což podporuje geofyzikální model suchého větrání poháněného slunečním zářením. Vzhledem k tomu, že led CO 2 jižního pramene dostává dostatek sluneční energie, začíná sublimace ledu CO 2 ode dna. Tato pára se hromadí pod deskou a rychle zvyšuje tlak a vybuchuje. Vysokotlaký plyn protéká rychlostí 160 kilometrů za hodinu (99 mph) nebo více; pod deskou plyn eroduje zem, když se řítí směrem k průduchům, zachycuje volné částice písku a vyřezává pavučinovou síť drážek. Tmavý materiál padá zpět na povrch a může být větrem zachycen po svahu a vytváří na ledové čepičce vzory temných větrných pruhů. Tento model je v souladu s předchozími pozorováními. Umístění, velikost a směr těchto ventilátorů jsou užitečné pro kvantifikaci sezónních větrů a sublimační aktivity.
Je zřejmé, že sublimace základny sezónní ledové pokrývky je více než schopná generovat podstatný přetlak, který je o čtyři řády vyšší než tlak nadloží ledu a o pět řádů vyšší než atmosférický tlak, jak bylo diskutováno výše.
Pozorování, že se před východem slunce vytvoří několik tmavých skvrn, přičemž k výraznému vytvoření skvrn dochází bezprostředně po východu slunce, podporuje představu, že systém je napájen sluneční energií. Nakonec je led zcela odstraněn a tmavý zrnitý materiál je zpět na povrchu; cyklus se mnohokrát opakuje.
Laboratorní experimenty provedené v roce 2016 byly schopné vyvolat prachové erupce z vrstvy prachu uvnitř CO
2ledová deska za atmosférických podmínek Marsu, poskytující podporu CO
2 tryskový a ventilátorový model výroby.
Vodní eroze
Data získaná satelitem Mars Express umožnila v roce 2004 potvrdit, že jižní polární čepice má v průměru 3 kilometry tlustou desku ledu CO 2 s různým obsahem zmrzlé vody v závislosti na její zeměpisné šířce: jasná polar cap samotný, je směsí 85% ledu CO 2 a 15% vodního ledu. Druhá část se skládá ze strmých svahů známých jako „šarpaty“, téměř výhradně z vodního ledu, které spadají z polární čepice do okolních plání. Tato přechodová oblast mezi jizvami a permafrostem je „kryptickou oblastí“, kde se nacházejí shluky gejzírů.
Tento model zkoumá možnost aktivních vodou poháněných erozivních struktur, kde je půda a voda odvozená z mělké podpovrchové vrstvy vytlačována plynem CO 2 prasklinami narušujícími spáry, aby se vytvořily pavouky vyzařující přítoky pokryté materiálem podobným bahnu a /nebo led.
Geotermální
Evropský tým navrhuje, aby tyto vlastnosti byly známkou toho, že za trysky, například podpovrchovou vlnu tepla, může nesolární zdroj energie. Tento model je obtížné sladit s důkazy shromážděnými ve formě tepelného emisního (infračerveného) zobrazování, které ukazuje, že ventilátory, skvrny a skvrny vznikají vytlačováním studených tekutin nebo studených plynů.
Cyklus oxidu uhličitého a vody
Michael C. Malin , planetární vědec a konstruktér kamer používaných Mars Global Surveyor, který získal nejranější snímky fenoménu gejzíru CO 2 , studuje snímky získané z konkrétních oblastí a sleduje jejich změny v průběhu několika málo let. V roce 2000 modeloval dynamiku ventilátorů a spotů jako komplexní proces sublimace oxidu uhličitého (CO 2 ) a vody a opětovného srážení. Typický způsob odmrazování vychází z iniciace malých tmavých skvrn typicky umístěných na okraji dun; tato místa se jednotlivě zvětšují a nakonec se všechna spojují. Vzorec, který rozšíření sleduje, je odlišný a charakteristický: tmavá jaderná skvrna se zvětšuje pomalu, často s jasnou vnější zónou nebo „svatozářem“. Protože se jedná o progresivní, dostředivé jevy, každé umístění světelné zóny je překonáno rozšiřující se tmavou zónou. Ačkoli se zpočátku vyvíjelo podél okrajů dun, tvorba skvrn se rychle šíří na duny a mezi nimi. Jak jaro postupuje, z centrálního místa se vyvíjejí vějířovité ocasy („pavouci“). K odmrazování dochází, když se polární písek s nízkým albedem zahřívá pod opticky tenkou vrstvou mrazu, což způsobuje odpařování mrazu. Toto je tmavé jádro skvrn viděných na dunách. Jak se pára pohybuje do strany, narazí na studený vzduch a vysráží se, čímž vytvoří jasný halo. Tento vysrážený mráz se znovu odpařuje, jak se nekrytá zóna písku rozšiřuje; cyklus se mnohokrát opakuje.
Evropská vesmírná agentura
Přestože Evropská kosmická agentura (ESA) dosud nezformulovala teorii nebo model, uvedly, že proces sublimace mrazem není kompatibilní s několika důležitými rysy pozorovanými na obrázcích a že poloha a tvar skvrn je na šance na fyzické vysvětlení, konkrétně proto, že se zdá, že kanály vyzařují z kopce stejně jako vyzařují do kopce, čímž vzdorují gravitaci.
Hypotetický biologický původ
Tým maďarských vědců navrhuje, aby tmavé dunové skvrny a kanály mohly být koloniemi fotosyntetických marťanských mikroorganismů, které přezimují pod ledovcem, a jak se sluneční světlo vrací na pól během časného jara, světlo proniká ledem, mikroorganismy fotosyntetizují a ohřívat jejich bezprostřední okolí. Kapsa tekuté vody, která by se normálně okamžitě vypařila v tenké atmosféře Marsu, je kolem nich uvězněna překrývajícím se ledem. Jak tato ledová vrstva řídne, mikroorganismy se projevují šedě. Když se úplně roztaví, rychle vyschnou a zčernají obklopeni šedým aureolem. Maďarští vědci se domnívají, že ani složitý sublimační proces nestačí k vysvětlení vzniku a vývoje tmavých dunových skvrn v prostoru a čase. Od jejich objevu spisovatel beletrie Arthur C. Clarke propagoval tyto formace jako zasluhující si studium z astrobiologického hlediska.
Mnohonárodní evropský tým naznačuje, že pokud je v kanálech pavouků přítomna kapalná voda během jejich ročního odmrazovacího cyklu, struktury by mohly poskytnout místo, kde by se určité mikroskopické formy života mohly stáhnout a upravit, pokud by byly chráněny před UV slunečním zářením. Britské a německé týmy také zvažují možnost, že by s těmito anorganickými formacemi mohly souběžně existovat organické látky , mikroby nebo dokonce jednoduché rostliny, zvláště pokud mechanismus zahrnuje kapalnou vodu a zdroj geotermální energie. Poznamenávají však také, že většina geologických struktur může být účtována bez vyvolání jakékoli organické hypotézy „života na Marsu“. (Viz také: Život na Marsu .)
Landerova mise
Neexistují žádná přímá data o těchto funkcích kromě snímků pořízených ve viditelném a infračerveném spektru a zvažuje se vývoj přistávacího modulu Mars Geyser Hopper ke studiu systémů podobných gejzírům. Dosud nebyl formálně navržen ani financován.
Viz také
- Arachnoid (astrogeologie) - Velká struktura neznámého původu na Venuši
- Chaos terén - Rozlišující oblast rozbitého nebo neuspořádaného terénu
- Geologie Marsu - vědecká studie povrchu, kůry a nitra planety Mars
- Planetární geologie - geologie astronomických objektů zjevně na oběžné dráze kolem hvězdných objektů
- Rille - Puklina, zejména na Měsíci
- Funkce švýcarského sýra - záhadné povrchové prvky na jižní ledové čepičce Marsu