Полярные ледяные шапки Марса были одними из первых земных характеристик, обнаруженных на Марсе. С момента появления кино в 19 веке исследователи ожидали увидеть земную активность, например, потоки полярных льдов. Марс, однако, не оправдывает ожиданий.
В 1971 году данные «Маринера-9» впервые увидели южнополярный лед на Марсе, что положило начало 50-летним дебатам о том, течет ли лед или нет. Каждый раз, когда возникала интерпретация течения, она быстро отвергалась новыми наблюдениями.
В течение 50 лет исследователи пытались объяснить этот неподвижный лед. Теперь в новой статье под руководством старшего научного сотрудника Института планетологии Исаака Смита есть ответ: лед, состоящий из различных слоев материала, может удерживаться на месте этими слоями.
На изображениях полярных ледяных шапок Марса с высоким разрешением видны сложные слоистые структуры. Эти шапки имеют толщину около 2–3 км и простираются на расстояние более 1000 км через марсианские полюса. Эти шапки состоят в основном из водяного льда. Подо льдом скрывается сложный ландшафт, включающий крутые склоны и скалы.
Исследователи ожидали, что скорость ледяных потоков в этих регионах может достигать 1 метра в год, и даже скромные прогнозы прогнозировали скорость потока в 10 см в год. Такая скорость движения будет видна на изображениях, сделанных за короткое время современными миссиями, с их способностью разрешать объекты размером всего 1,2–2,4 м. Длительный поток также должен быть виден в других объектах, таких как морены (или груды обломков), углубления в ледяных скалах и искривление слоев. Ничего из этого не наблюдается ни в одном месте ни на полярной шапке.
Учитывая отсутствие наблюдений, подтверждающих течение льда, Смит говорит: «Итак, вопрос в том, почему лед движется медленнее, чем прогнозировалось, и насколько медленно? У нас есть верхний предел, поэтому давайте проверим некоторые гипотезы. В своей статье я рассмотрел четыре гипотезы, чтобы посмотреть, смогут ли они замедлить ход льда».
В статье, опубликованной в журнале Icarus, Смит проводит сложные расчеты для четырех различных сценариев: 1) лед слишком холоден, чтобы двигаться, 2) примеси в лед замедляет его, 3) однородная смесь материалов замедляет поток, 4) лед имеет слоистую структуру, которая уникальным образом замедляет лед до неизмеримого потока.
Хотя все четыре идеи казались возможными, математические модели показали, что в первых трех случаях лед все еще должен был двигаться, оставляя после себя следы. Только в последней, многослойной модели ландшафта, лед был зафиксирован на месте.
«Слои похожи на приготовление сморса или печенья Oreo — жесткие слои с мягкими слоями посередине. Если вы сложите достаточное количество орео друг на друга и прижмете, появится некоторое растекание, но не такое сильное, как если бы вы смесь орео рассыпается», — объясняет Смит. «Слоистая модель может замедлять процесс на несколько порядков — достаточно, чтобы соответствовать наблюдаемым движениям (или их отсутствию)».
Создавая модели, которые позволяют нам понять разнообразие ледников в нашей солнечной системе, мы начинаем понимать, что физика может быть одинаковой везде, но конкретные, местные условия заставляют все действовать совершенно по-разному. Легко представить Марс похожим на Землю, и, возможно, когда-то так оно и было, но в течение последнего миллиарда лет или около того Марс имел уникальный, суровый климат, который оставляет нам для изучения очень неземные особенности.
«Исследователи, еще со времен Персиваля Лоуэлла, рассматривали полярные шапки Марса. Лоуэлл даже рассматривал возможность течения льда и каналов, которые могли бы помочь людям, живущим на Марсе», — говорит Смит, ссылаясь на работы Лоуэлла в конце 1800-х и начале 1900-х годов.
«Нам необходимо понять основные физические принципы, прежде чем мы сможем сказать гораздо больше о том, что происходит на других планетах. Это довольно эзотерично. Очень немногие люди занимаются динамикой ледникового покрова на других планетах, но гораздо больше людей интересует история льда на Марсе. Без надлежащего контекста мы можем быть введены в заблуждение на десятилетия», - резюмировали ученые. «Чтобы сделать это правильно, нужно знать, какие процессы активны, а какие нет. Мы думаем, что эта статья приближает нас к пониманию того, почему лед на Марсе ведет себя так неподвижно».
