Марсианские овраги создала не вода, а сухой лёд

Когда более 25 лет назад учёные обнаружили на Марсе овраги, напоминающие земные, объяснение казалось очевидным. На Земле текущая вода создаёт борозды с воронками, руслами и веерами выноса. Марсианские формы выглядели так, будто их создал тот же процесс. Это означало, что жидкая вода текла по Марсу в относительно недавнем геологическом прошлом.

Однако Марс часто создаёт знакомые пейзажи совершенно незнакомыми способами. Новое исследование, выложенное в виде препринта на arXiv, предполагает, что по крайней мере одна группа активных марсианских оврагов изменяется без участия жидкой воды. Вместо неё сезонный углекислотный иней, более известный как сухой лёд, может разрыхлять марсианский грунт и отправлять его вниз по склону в потоках, похожих на жидкостные лавины.

Где это происходит

Работа сосредоточена на Сисифи Кави — системе крутостенных впадин вблизи южного полюса Марса, на широте 68 градусов. Это далеко за пределами типичного пояса, где встречается большинство оврагов. Статья ещё не прошла рецензирование, и её выводы относятся конкретно к современным изменениям в этом месте, а не обязательно к первоначальному формированию всех оврагов на Марсе.

Как поймали овраги на месте преступления

Марсианский глобальный зонд впервые сфотографировал овраги на снимках, о которых сообщили в 2000 году. Учёные предполагали, что грунтовые воды, тающий снег или оттаивающий погребённый лёд прорезали их в то время, когда Марс был теплее или изменения его орбиты направляли больше солнечного света на обледеневшие склоны.

Затем аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter начал повторно фотографировать те же места. Появились новые русла, старые удлинились, на дне склонов скопился свежий материал. Некоторые овраги были не просто геологическими остатками. Они всё ещё менялись.

Однако по мере накопления наблюдений возникла проблема со временем. Большая часть активности приходилась на холодные сезоны, когда жидкую воду было бы крайне трудно сохранить. Исследование НАСА 2014 года изучило овраги в 356 местах и выявило активные изменения в 38 из них. Активность совпадала с сезонным углекислотным инеем и температурами, слишком низкими для жидкой воды.

Что показал инфракрасный анализ

Новое исследование под руководством Университета Париж-Сакле изучило инфракрасные наблюдения с MRO и европейского Mars Express. Исследователи использовали данные спектрометров CRISM и OMEGA, которые определяют материалы по длинам волн поглощаемого ими света.

Команда обнаружила обильный углекислотный лёд в Сисифи Кави, но не нашла самостоятельных отложений водяного льда в конце весны, когда овраги менялись. Небольшие количества водяного льда могли быть захвачены внутри углекислотного инея, но наблюдения не дали доказательств, что он таял или приводил в движение потоки.

Исследователи также обнаружили слабые признаки сульфатных солей и глинистых минералов. Соли могут понижать температуру замерзания воды, что важно в поисках возможных марсианских рассолов. Однако в этом случае минералы находились в основном на окружающих плато и у краёв впадин, а не рядом с активными оврагами. Их распределение позволяет предположить, что эрозия могла обнажить более старые слои, содержащие минералы.

Гейзеры не совпали по времени

Поскольку вода выглядела всё менее вероятной, исследователи рассмотрели углекислотные гейзеры. Весной солнечный свет может проходить через полупрозрачные плиты сухого льда и нагревать более тёмный грунт под ними. Углекислый газ в основании плиты превращается в газ, накапливает давление, пока не прорвётся через трещину и не вынесет пыль на поверхность.

В Сисифи Кави есть тёмные пятна, обычно связанные с такими извержениями. Новый анализ также указывает, что углекислотный лёд остаётся полупрозрачным в течение большей части сезона, создавая подходящие условия для гейзеров.

Однако гейзеры и овраги не придерживаются одного расписания. Тёмные пятна начинают формироваться в конце зимы и начале весны, тогда как большая часть устойчивой эрозии и отложения происходит позже, когда сезонный лёд истончается или исчезает. Гейзеры могут способствовать некоторому движению, но несовпадение делает их маловероятной основной причиной изменений в оврагах.

Что предлагают исследователи

Участники исследования склоняются к более тихому, но потенциально более эффективному объяснению. По мере сублимации углекислотного инея выходящий газ может проникать в грунт, разделять его зёрна и снижать трение. Пыль, камни и сухой лёд могут тогда устремляться вниз по склону, «текая» почти как жидкость.

В препринте команда пишет: «Данные благоприятствуют процессам флюидизации или лавин, обусловленные углекислотным льдом, которые могут действовать на поздних стадиях сезонной сублимации льда».

Этот вывод может также применяться к некоторым оврагам на более низких широтах, хотя исследователи не берутся распространять его на все марсианские овраги. Овраги на дюнах устроены иначе.