6 Minuten
Marso paslėpti ledynai: naujas visuotinis vaizdas
Po Marso dulkėtais šlaitais slypi ledynai, primenantys užšalusį medų, tačiau nauji tyrimai rodo, kad jie yra kur kas grynesni nei manyta anksčiau. Nuotrauka: Shutterstock
Dešimtmečiais planetų mokslininkai diskutavo dėl šių lobuotų, dulkėtomis pluta dengiamų srautų sudėties, kurie matomi Marso kalnų šlaituose ir kraterių viduje. Šios struktūros primena klampius srautus, sustingusius vietoje, ir iki neseniai daugelis tyrėjų manė, kad jose dominuoja uoliena, o ledo kiekis yra tik nedidelis. Naujas standartizuotas radaro duomenų analizės būdas rodo kitokią istoriją: nuosėdomis dengti ledynai Marse turi daugiau nei 80 procentų vandens ledo tūrio po paviršiumi. Tokia aukšta grynumo reikšmė atrodo nuosekli skirtinguose, plačiai nutolusiose vietose, kas rodo bendrus susidarymo ir išlikimo procesus planetos mastu.
Tyrimą, paskelbtą žurnale Icarus, vadovavo Yuval Steinberg (neseniai baigęs studijas, Weizmann instituto mokslo centras), o bendraautoriai yra Oded Aharonson ir Isaac Smith (vyresnieji mokslininkai Planetų mokslo institute, susiję su Weizmann institutu ir Yorko universitetu). Iš naujo įvertinę kelias vietas taikydami vienodą metodiką, komanda sumažino ankstesnes neatitikimo priežastis ir pateikė nuoseklų, planetos mastu galiojantį ledynų grynumo įvertinimą.
Metodai ir duomenys: radaras, dielektrinės savybės ir SHARAD
Nuotolinis stebėjimas Marse negali tiesiogiai atskleisti požeminės sudėties vien tik pagal paviršiaus išvaizdą. Dulkės ir uolienų plėvelės dengia esantį ledą. Norėdami kiekybiškai įvertinti ledo kiekį, autoriai taikė vienodą metodą, derinantį dvi radaro pagrindu nustatomas medžiagų savybes: dielektrinę konstantą ir nuostolių (loss) tangensą. Dielektrinė konstanta lemia, kaip greitai radaro bangos sklinda per medžiagą; nuostolių tangensas nusako, kiek radaro energijos sugeriama ir virsta šiluma. Šie parametrai kartu leidžia inversijos modeliams įvertinti ledo ir uolienos santykį net tuomet, kai ledas uždengtas plona nuosėdų danga.
Pagrindinis radaro instrumentas daugumai analizių buvo SHARAD (SHAllow RADar) ant NASA Marso žvalgų orbitalinio aparato (Mars Reconnaissance Orbiter). SHARAD siunčia mikrobangas į požemį ir matuoja atspindžius nuo sąsajų tarp medžiagų, turinčių skirtingas elektrines savybes. Steinbergas ir kolegos identifikavo penkias nuosėdomis uždengtas ledynų vietas abiejuose pusrutuliuose, kur SHARAD grąžinti duomenys leido nuosekliai išmatuoti dielektrines ir slopinimo savybes. Dvi iš tų vietų buvo tik iš dalies išnagrinėtos anksčiau, o viena nebuvo analizuota išvis, todėl vienodos metodikos taikymas visoms penkioms vietoms leido atlikti tiesioginį palyginimą.
Vienodai vertindami dielektrinę konstantą ir nuostolių tangensą, tyrėjai visose vietose rado stebėtinai panašius ledo ir uolienos santykius. Net ledynai, išsidėstę skirtinguose pusrutuliuose ir nutolę geografiškai, rodė mažiausias ledo dalis, viršijančias maždaug 80 procentų. Šių rezultatų vienodumas leidžia manyti arba vieną planetos mastu vykusį glaciacijos etapą, arba kelis glaciacijos epizodus, veikusios panašiomis klimato ir nuogulų sąlygomis.
Pasekmės Marso klimatui, vandens biudžetui ir tyrinėjimams
Atranka, kad daug Marso ledynų yra ypač ledo turtingi, keičia mokslininkų vertinimus apie planetos arti paviršiaus esančius vandens išteklius. Jei nuosėdomis dengti ledynai Marse išties pasižymi dideliu grynumu, bendras prieinamų vandens atsargų kiekis yra didesnis nei manyta modeliuose, kuriuose buvo laikoma storesnė uolieninė frakcija. Tai turi dvi pagrindines pasekmes:
- Planetos klimato istorija: gryni ledo telkiniai, išsaugoti po plona nuosėdų danga, rodo šaltesnes sąlygas, palankias ledo kaupimuisi ir ilgalaikiam stabilumui. Vienodumas tarp regionų padeda apriboti praeities atmosferos ir orbitinių parametrų diapazoną, kuris leido vykti glaciacijai, ir teikia svarbią informaciją apie Marso paleoklimatą bei obliquity (pasvirimo) valdomą ledo perskirstymą.
- In-situ resursų naudojimas (ISRU): būsimoms žmogaus misijoms vietinis vandens išgavimas bus kritiškai svarbus. Aukšto grynumo ledas reikalauja mažiau apdorojimo, kad būtų gaunamas naudojamas vanduo, deguonis ir raketų propelento žaliavos. Apytikslio grynumo ir pasiskirstymo žinojimas padeda misijų planuotojams prioritetizuoti nusileidimo vietas ir projektuoti masės bei energijos efektyvias eksploatacijos sistemas.
Autoriai pabrėžia standartizuotų analizės metodų svarbą, kad skirtingi duomenų rinkiniai būtų palyginami. Kaip straipsnyje pažymėjo Isaac Smith, ankstesni tyrimai naudojo įvairias technikas, kas trukdė tarpvietiniam sintezei. Priėmus vieningą radaro pagrindu sukurtą sistemą, naujas tyrimas suteikia atskaitos tašką būsimoms apžvalgoms ir kandidatinių vietų atrankai detalesniems orbitiniams arba vietos stebėjimams.
Ekspertų įžvalga
Dr. Lila Moreno, planetų geofizikė (išgalvota, tačiau reprezentatyvi), komentavo: Rezultatas, kad nuosėdomis padengti ledynai kai kuriose vietose viršija 80 procentų ledo, yra didelis žingsnis pirmyn. Tai sumažina nežinomybę apie Marso arti paviršiaus esančius vandens išteklius ir atveria praktinius kelius ISRU taikymui žmogaus misijoms. Vienodumas tarp pusrutulių taip pat supaprastina klimato atkūrimus, nes nurodo pasikartojančius procesus, o ne pavienius, unikalius įvykius.
Ji pridūrė, kad dielektrinės konstantos ir nuostolių tangenso derinys yra patikima požeminės charakterizacijos parametrų pora, tačiau pabrėžė papildomų stebėjimų vertę: aukštos raiškos vaizdus, terminio inercijos žemėlapius ir, kur įmanoma, seklus radaro skenavimas iš nusileidėjų ar būsimų orbitų aparatų, kad būtų patikslinti storio ir grynumo įverčiai.
Kiti žingsniai ir ateities perspektyvos
Tyrimų komanda planuoja išplėsti apžvalgą, surasdama papildomas nuosėdomis uždengtų ledynų vietas, kurios patenka į SHARAD jautrumo ribas, ir taikydama tą pačią standartizuotą metodiką. Būsimi darbai galėtų integruoti duomenis iš kitų instrumentų (pvz., MRO HiRISE ir CTX vaizdų, THEMIS terminės informacijos) ir įtraukti skaitinius modelius apie ledo tėkmę bei subliamavimą, kad geriau apribotų ledynų amžių, storį ir dinamiką.
Technologijų srityje geresni radarai būsimuose orbitiniuose aparatuose, turintys aukštesnę vertikalią raišką ir mažesnį triukšmo lygį, galėtų žemėlapiuoti plonesnes nuosėdų dangas ir aptikti mažesnius telkinius. Nusileidėjas ar rovers, turintys žemės skenavimo radarą, gręžimo priemones ar terminius zondus, galėtų patvirtinti orbitines išvadas ir tiesiogiai įvertinti išgavimų įmanomumą.
Išvados
Koordinuotas SHARAD radaro duomenų peranalizavimas rodo, kad nuosėdomis dengti ledynai Marse yra žymiai ledesni nei tai rodė ankstesni, riboto masto tyrimai. Su mažiausiomis ledo dalimis viršijančiomis apie 80 procentų keliose geografiškai įvairiose vietose, šie telkiniai sudaro neįprastai didelį ir gryną arti paviršiaus esantį vandens rezervuarą. Šie rezultatai praskiria Marso klimato istorijos modelius, patikslina planetos vandens biudžetą ir turi praktinę reikšmę būsimiems žmonių tyrinėjimams bei vietos išteklių naudojimui. Tolimesni radaro tyrinėjimai, papildomi stebėjimai ir tikslingos vietos misijos bus būtini norint žemėlapiuoti ir charakterizuoti šias ledo turtingas struktūras Raudonojoje planetoje.
Quelle: scitechdaily
Kommentare