|
Почему марсианский грунт такой твердый
|
|
|
|
26 ноября 2018 года на Марс приземлилась миссия НАСА по исследованию недр с использованием сейсморазведки, геодезии и теплопередачи (InSight). Это стало важной вехой в исследовании Марса, поскольку впервые на поверхности была развернута исследовательская станция для исследования недр планеты.
|
|
|
|
Одним из наиболее важных инструментов, которые InSight использовала для этого, был пакет Heat Flow and Physical Properties (HP3), разработанный Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Этот прибор, также известный как "Марсианский крот", в течение четырех лет измерял тепловой поток из глубин планеты.
|
|
|
|
Аппарат HP3 был спроектирован таким образом, чтобы погружаться на глубину до пяти метров (~16,5 футов) в недра Марса, чтобы улавливать тепло глубже. К сожалению, Крот изо всех сил пытался зарыться в землю и в конце концов оказался прямо под поверхностью, что стало неожиданностью для ученых. Тем не менее, Крот собрал значительный объем данных о суточных и сезонных колебаниях под поверхностью.
|
|
|
|
|
|
|
Анализ этих данных, проведенный командой из Немецкого аэрокосмического центра (DLR), позволил по-новому взглянуть на то, почему марсианский грунт такой "твердый". Согласно их выводам, температура в верхних 40 см (~16 дюймов) поверхности Марса приводит к образованию солевых пленок, которые укрепляют почву.
|
|
|
|
Опубликованный в журнале Geophysical Research Letters анализ был проведен командой из Центра поддержки пользователей в условиях микрогравитации (MUSC) Института космических операций и подготовки астронавтов DLR в Кельне, который отвечает за наблюдение за экспериментом HP3.
|
|
|
|
Данные о температуре, полученные из недр Марса, могут стать неотъемлемой частью понимания геологической эволюции Марса и рассмотрения теорий о его центральной области. В настоящее время ученые подозревают, что геологическая активность на Марсе в значительной степени прекратилась к концу гесперийского периода (около 3 миллиардов лет назад), хотя есть свидетельства того, что лава продолжает течь там и по сей день.
|
|
|
|
Вероятно, это было вызвано более быстрым охлаждением недр Марса из-за его меньшей массы и более низкого давления. Ученые предполагают, что это привело к затвердению внешнего ядра Марса, в то время как его внутреннее ядро стало жидким, хотя этот вопрос остается открытым.
|
|
|
|
Сравнивая подповерхностные температуры, полученные с помощью InSight, с температурами на поверхности, команда DLR смогла измерить скорость переноса тепла в земной коре (коэффициент температуропроводности) и теплопроводность. Исходя из этого, впервые можно было оценить плотность марсианского грунта.
|
|
|
|
Команда определила, что плотность самых верхних 30 см (~12 дюймов) грунта сравнима с базальтовым песком — чего нельзя было ожидать, основываясь на данных орбитального аппарата. Этот материал широко распространен на Земле и образуется в результате выветривания вулканических пород, богатых железом и магнием.
|
|
|
|
Под этим слоем грунт по плотности сравним со спрессованным песком и более крупными фрагментами базальта. Тилман Спон, главный исследователь эксперимента HP3 в Институте планетарных исследований DLR, объяснил в пресс-релизе DLR:
|
|
|
|
"Чтобы получить представление о механических свойствах грунта, мне нравится сравнивать его с флористической пеной, широко используемой во флористике для создания цветочных композиций. Это легкий, высокопористый материал, в котором при вдавливании в него стеблей растений образуются отверстия... В течение семи марсианских дней мы измеряли теплопроводность и колебания температуры через короткие промежутки времени.
|
|
|
|
"Кроме того, мы непрерывно измеряли самые высокие и самые низкие дневные температуры в течение второго марсианского года. Средняя температура на глубине 40-сантиметрового теплового зонда составила -56°C (217,5 Кельвина). Эти записи, документирующие температурную кривую в течение суточных циклов и сезонных колебаний, были первыми в своем роде на Марсе".
|
|
|
|
Поскольку покрытый коркой марсианский грунт (он же "дюрикруст") простирается на глубину 20 см (~8 дюймов), "Кроту" удалось проникнуть чуть более чем на 40 см (~16 дюймов), что значительно меньше его цели в 5 м (~16,5 футов). Тем не менее, данные, полученные на такой глубине, позволили получить ценное представление о переносе тепла на Марсе.
|
|
|
|
Соответственно, команда обнаружила, что температура грунта колеблется всего от 5°C до 7°C (от 9°F до 12,5°F) в течение марсианского дня, что составляет лишь малую долю колебаний, наблюдаемых на поверхности — от 110°C до 130°C (от 230°F до 266°F).
|
|
|
|
В зависимости от сезона они отметили колебания температуры на 13°C (~23,5°F), оставаясь при этом ниже точки замерзания воды на Марсе в поверхностных слоях. Это демонстрирует, что марсианский грунт является отличным изолятором, значительно снижающим большие перепады температур на небольших глубинах.
|
|
|
|
Это влияет на различные физические свойства марсианского грунта, включая эластичность, теплопроводность, теплоемкость, движение материала внутри и скорость, с которой сейсмические волны могут проходить через него.
|
|
|
|
"Температура также оказывает сильное влияние на химические реакции, происходящие в почве, на обмен с молекулами газа в атмосфере и, следовательно, также на потенциальные биологические процессы, связанные с возможной микробной жизнью на Марсе", - сказал Спон. - Эти сведения о свойствах и прочности марсианского грунта также представляют особый интерес для будущих исследований Марса человеком".
|
|
|
|
Однако, что было особенно интересно, так это то, как колебания температуры способствуют образованию соленых рассолов в течение 10 часов в день (при достаточном количестве влаги в атмосфере) зимой и весной. Таким образом, затвердевание этого соляного раствора является наиболее вероятным объяснением образования слоя твердой корки под поверхностью. Эта информация может оказаться очень полезной, поскольку будущие миссии будут исследовать Марс и пытаться проникнуть под поверхность, чтобы узнать больше об истории Красной планеты.
|
|
|
|
Источник
|
