|
Песчаные дюны могут дать представление о погоде на планетах
|
|
|
|
Каково это быть на поверхности Марса или Венеры? Или еще дальше, например, на Плутоне или спутнике Сатурна Титане? Это любопытство способствовало развитию космонавтики с тех пор, как 65 лет назад был запущен первый спутник Земли. Но мы только начинаем царапать поверхность того, что известно о других планетных телах в Солнечной системе. Наше новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Astronomy, показывает, как некоторые маловероятные кандидаты, а именно песчаные дюны, могут дать представление о погоде и условиях, которые вы могли бы испытать, если бы стояли на далеком планетарном теле. Английский поэт Уильям Блейк, как известно, задавался вопросом, что значит «увидеть мир в песчинке». В нашем исследовании мы восприняли это буквально. Идея заключалась в том, чтобы использовать простое присутствие песчаных дюн, чтобы понять, какие условия существуют на поверхности мира. Чтобы дюны вообще существовали, необходимо выполнить пару критериев «Златовласки».
|
|
|
|
Во-первых, это запас поддающихся эрозии, но прочных зерен. Также должны быть достаточно сильные ветры, чтобы заставить эти зерна прыгать по земле, но недостаточно быстрые, чтобы уносить их высоко в атмосферу. До сих пор прямое измерение ветра и осадков было возможно только на Земле и Марсе. Тем не менее, мы наблюдали переносимые ветром отложения на многих других телах (и даже на кометах) с помощью спутников. Само присутствие таких дюн на этих телах подразумевает выполнение условий Златовласки. Наша работа была сосредоточена на Венере, Земле, Марсе, Титане, Тритоне (самом большом спутнике Нептуна) и Плутоне. Нерешенные споры об этих органах продолжаются десятилетиями. Как нам совместить кажущиеся продуваемыми ветром детали на поверхностях Тритона и Плутона с их тонкой, разреженной атмосферой? Почему мы наблюдаем такую обильную активность песка и пыли на Марсе, несмотря на то, что измеряемые ветры кажутся слишком слабыми, чтобы их поддерживать? И перемещает ли густая и удушающе горячая атмосфера Венеры песок подобно тому, как воздух или вода движутся на Земле?
|
|
|
Наше исследование предлагает прогнозы ветра, необходимого для перемещения осадка на этих телах, и того, насколько легко этот осадок будет разрушаться под действием этих ветров. Мы построили эти прогнозы, собрав воедино результаты множества других исследовательских работ и сравнив их со всеми экспериментальными данными, которые нам удалось получить. Затем мы применили теории к каждому из шести тел, опираясь на телескопические и спутниковые измерения переменных, включая гравитацию, состав атмосферы, температуру поверхности и прочность отложений. В исследованиях, предшествовавших нашим, рассматривался либо порог скорости ветра, необходимый для перемещения песка, либо прочность различных частиц отложений. Наша работа объединила их вместе, наблюдая за тем, как легко частицы могут распадаться на эти тела при переносе песка. Например, мы знаем, что на экваторе Титана есть песчаные дюны, но мы не уверены в том, какие отложения окружают экватор. Это чистая органическая дымка, падающая из атмосферы, или она смешана с более плотным льдом?
|
|
|
|
Как оказалось, мы обнаружили, что рыхлые агрегаты органической дымки распадались бы при столкновении, если бы их сдувало ветром на экваторе Титана. Это означает, что дюны Титана, вероятно, состоят не из чисто органической дымки. Чтобы построить дюну, осадок должен разноситься ветром в течение длительного времени (некоторым песчаным дюнам Земли уже миллионы лет). Мы также обнаружили, что скорость ветра на Плутоне должна быть чрезмерно высокой, чтобы переносить либо метан, либо азотный лед (что, как предполагалось, представляет собой отложения дюн на Плутоне). Это ставит под сомнение, являются ли «дюны» на равнине Плутона, Sputnik Planitia, дюнами вообще. Вместо этого они могут быть сублимационными волнами. Это дюноподобные формы рельефа, образованные сублимацией материала, а не эрозией отложений (например, те, что видны на северной полярной шапке Марса). Наши результаты для Марса показывают, что в результате переноса песка ветром на Марсе образуется больше пыли, чем на Земле. Это говорит о том, что наши модели марсианской атмосферы не могут эффективно отражать сильные «катабатические» ветры Марса, представляющие собой порывы холода, дующие вниз по склону ночью.
|
|
|
|
Это исследование приходится на интересный этап освоения космоса. Для Марса у нас есть относительное изобилие наблюдений; пять космических агентств проводят активные миссии на орбите или на месте. Такие исследования, как наше, помогают определить цели этих миссий и пути, по которым идут марсоходы, такие как Perseverance и Zhurong. Во внешних пределах Солнечной системы Тритон подробно не наблюдался с момента пролета НАСА «Вояджер-2» в 1989 году. В настоящее время существует предложение миссии, которое, если оно будет выбрано, запустит в 2031 году зонд для изучения Тритона, прежде чем он уничтожит себя. влетев в атмосферу Нептуна. Миссии, запланированные на Венеру и Титан в ближайшее десятилетие, произведут революцию в нашем понимании этих двух объектов. Миссия НАСА «Стрекоза», которая должна покинуть Землю в 2027 году и прибыть на Титан в 2034 году, посадит вертолет без экипажа на лунные дюны. Плутон наблюдался во время пролета в 2015 году продолжающейся миссией НАСА «Новые горизонты», но планов по возвращению нет.
|
|
|
|
Источник
|
