Разгадана пятидесятилетняя загадка медленного течения полярного льда на Марсе

Полярные ледяные шапки Марса были одними из первых известных землянам особенностей этой планеты. С момента появления кинематографа в XIX веке исследователи надеялись увидеть земную активность, такую как потоки полярных льдов. Однако Марс не оправдал этих ожиданий.

В 1971 году данные с космического аппарата "Маринер-9" впервые выявили южнополярный лед на Марсе, что вызвало 50-летние дебаты о его движении. Каждый раз, когда возникала интерпретация движения льда, она быстро опровергалась новыми наблюдениями.

В течение полувека ученые пытались объяснить неподвижность льда. Недавно в статье, возглавленной старшим научным сотрудником Института планетологии Исааком Смитом, предложено новое объяснение: лед, состоящий из различных слоев материала, может удерживаться на месте этими слоями.

Высококачественные изображения полярных ледяных шапок Марса показывают сложные слоистые структуры. Эти шапки, толщиной около 2-3 км и простирающиеся на расстояние более 1000 км через марсианские полюса, состоят в основном из водяного льда. Подо льдом находится сложный ландшафт, включающий крутые склоны и скалы.

Исследователи предполагали, что скорость движения льда в этих областях может достигать 1 метра в год, и даже более скромные прогнозы оценивали скорость в 10 см в год. Такая скорость была бы заметна на современных изображениях, разрешающих объекты размером от 1,2 до 2,4 метров. Длительное движение также должно было бы оставлять следы, такие как морены, углубления и искривление слоев. Однако ничего из этого не было обнаружено.

"Почему лед движется медленнее, чем ожидалось, и насколько медленно? У нас есть верхний предел, поэтому давайте проверим несколько гипотез. В своей статье я рассмотрел четыре гипотезы, чтобы понять, могут ли они замедлить движение льда", — задается вопросом Смит.

В статье, опубликованной в журнале Icarus, Смит проводит сложные расчеты для четырех сценариев: 1) лед слишком холоден, чтобы двигаться; 2) примеси в льду замедляют его; 3) однородная смесь материалов замедляет поток; 4) слоистая структура льда уникально замедляет его до почти неподвижного состояния.

Хотя все четыре гипотезы кажутся возможными, математические модели показали, что в первых трех случаях лед все равно должен был бы двигаться, оставляя следы. Только в последней модели, предполагающей многослойную структуру, лед оставался неподвижным.

"Слои подобны приготовлению сморса или печенья Oreo — твердые слои с мягкими слоями посередине. Если вы сложите много Oreo и надавите, они слегка растекутся, но не так сильно, как если бы вы просто рассыпали смесь", — объясняет Смит. "Слоистая модель может замедлять процесс на несколько порядков, что соответствует наблюдаемому (или отсутствующему) движению".

Создавая модели, позволяющие понять разнообразие ледников в нашей Солнечной системе, мы осознаем, что физика может быть одинаковой везде, но местные условия заставляют все действовать по-разному. Легко представить Марс похожим на Землю, возможно, когда-то так и было, но за последний миллиард лет Марс имел уникальный суровый климат, оставивший нам для изучения очень неземные особенности.

"Исследователи, начиная с Персиваля Лоуэлла, изучали полярные шапки Марса. Лоуэлл даже рассматривал возможность движения льда и каналов, которые могли бы помочь людям на Марсе", — говорит Смит, ссылаясь на работы Лоуэлла конца XIX — начала XX века.

"Нам необходимо понять основные физические принципы, прежде чем мы сможем говорить о процессах на других планетах. Это довольно эзотеричная область исследований. Мало кто занимается динамикой ледникового покрова на других планетах, но гораздо больше людей интересуются историей льда на Марсе. Без надлежащего контекста мы можем заблуждаться десятилетиями", — резюмируют ученые. "Чтобы понять это правильно, нужно знать, какие процессы активны, а какие нет. Мы считаем, что эта статья приближает нас к пониманию того, почему лед на Марсе ведет себя так неподвижно".