Пауки, более формально называемые паукообразными, представляют собой странную радиальную систему дендритных впадин с отрицательной топографией; узоры, напоминающие ветки дерева или развилки молнии. Считается, что эти особенности, которых нет на Земле, были вырезаны на поверхности Марса за счет того, что сухой лед непосредственно превращается из твердого в газообразное (сублимируется) весной.
В отличие от Земли, атмосфера Марса состоит в основном из CO2, и по мере снижения температуры зимой он оседает на поверхности в виде инея и льда из CO2.
Команда Trinity вместе с коллегами из Даремского университета и Открытого университета провела серию экспериментов, финансируемых Ирландским исследовательским советом и Europlanet, в Камере моделирования Марса Открытого университета при марсианском атмосферном давлении, чтобы выяснить, похожи ли модели на марсианские. пауки могут образовываться при сублимации сухого льда.
Его результаты подробно описаны в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Journal, Scientific Reports.
Д-р Лорен МакКаун, которая руководила этой работой во время получения докторской степени в Тринити и сейчас работает в Открытом университете, сказала:
"Это исследование представляет собой первый набор эмпирических доказательств поверхностного процесса, который, как считается, изменяет полярный ландшафт на Марсе.
Гипотеза Киффера [поясняется ниже] была хорошо принята на протяжении более десяти лет, но до сих пор она формулировалась в чисто теоретическом контексте.
"Эксперименты прямо показывают, что паучьи узоры, которые мы наблюдаем на Марсе с орбиты, могут быть вырезаны путем прямого преобразования сухого льда из твердого в газообразный.
Это интересно, потому что мы начинаем больше понимать, как поверхность Марса меняется в зависимости от сезона сегодня."
Исследовательская группа просверлила отверстия в центрах ледяных блоков CO2 и подвесила их когтями, аналогичными тем, которые используются в аркадах, над зернистыми пластами разного размера. Они снизили давление внутри вакуумной камеры до марсианского атмосферного давления (6 мбар), а затем с помощью рычажной системы поместили ледяной блок CO2 на поверхность.
Они использовали эффект, известный как эффект Лейденфроста, согласно которому, если вещество соприкасается с поверхностью, намного более горячей, чем его точка сублимации, оно образует вокруг себя газовый слой. Когда блок достиг песчаной поверхности, CO2 прямо превратился из твердого в газ, и было видно, что материал выходит через центральное отверстие в виде шлейфа.
В каждом случае, как только блок был поднят, узор паука был разрушен выходящим газом. Узоры пауков были более разветвленными, когда использовались более мелкие зерна, и менее разветвленными, когда использовались более крупные размеры зерен. Это первый набор эмпирических свидетельств этого сохранившегося поверхностного процесса.
Д-р Мэри Бурк из географического отделения Тринити, которая руководила докторской диссертацией, сказала:
"Эта инновационная работа поддерживает возникающую тему о том, что текущий климат и погода на Марсе имеют важное влияние не только на динамические процессы на поверхности, но и на любые будущие исследования планеты с помощью роботов и / или людей."
Основная гипотеза, предложенная для образования пауков (гипотеза Киффера), предполагает, что весной солнечный свет проникает в этот полупрозрачный лед и нагревает местность под ним. Лед сублимируется со своего основания, вызывая повышение давления, и в конечном итоге лед лопнет, позволяя сжатому газу выйти через трещину во льду.
Пути выходящего газа оставят после себя дендритные узоры, наблюдаемые на Марсе сегодня, а песчаный / пыльный материал будет оседать на поверхности льда в виде шлейфа.
Однако до сих пор не было известно, возможен ли такой теоретический процесс, и этот процесс никогда не наблюдался непосредственно на Марсе.
Кроме того, исследователи заметили, что, когда блоки CO2 были выпущены и позволили сублимироваться в песчаном слое, сублимация была намного более интенсивной, чем ожидалось, и материал был разбросан по всей камере.
Это наблюдение будет полезно для понимания моделей других процессов, связанных с сублимацией CO2 на Марсе, таких как формирование боковых повторяющихся диффузионных потоков, окружающих линейные овраги дюн на Марсе.
Используемая методология может быть переориентирована на изучение геоморфической роли сублимации СО2 в формировании других активных поверхностных структур Марса – и, действительно, может проложить путь для дальнейших исследований процессов сублимации на других планетных телах с отсутствием / скудной атмосферой, такими как Европа или Энцелад.