Считается, что сезонные потоки на теплых марсианских склонах (также называемые линиями повторяющегося склона , линиями повторяющегося склона и RSL ) [1] [2] представляют собой потоки соленой воды , возникающие в самые теплые месяцы на Марсе , или, альтернативно, сухие зерна, которые «текут» вниз по склону. не менее 27 градусов.
Потоки узкие (0,5–5 метров) и имеют относительно темные пятна на крутых (25–40°) склонах, появляются и постепенно растут в теплое время года и исчезают в холодное время года. Было предложено объяснить эту активность жидкими рассолами у поверхности [3] или взаимодействием между сульфатами и солями хлора, которые взаимодействуют под поверхностью, вызывая оползни. [4]
Исследования показывают, что в прошлом на поверхности Марса текла жидкая вода , [5] [6] [7], создавая большие площади, подобные земным океанам. [8] [9] [10] [11] Однако остается вопрос, куда делась вода. [12]
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) — многоцелевой космический корабль, запущенный в 2005 году и предназначенный для ведения разведки и исследования Марса с орбиты. [13] Космический корабль находится в ведении Лаборатории реактивного движения (JPL). [14] Камера HiRISE на борту MRO находится в авангарде текущих исследований RSL, поскольку она помогает отображать особенности с помощью изображений тщательно контролируемых объектов, которые обычно делаются каждые несколько недель. [15] Орбитальный аппарат Mars Odyssey 2001 года уже более 16 лет использует спектрометры и тепловизоры для обнаружения следов воды и льда в прошлом или настоящем. [16] [17] На РГБ ничего не обнаружено. [16] 5 октября 2015 года о возможных RSL сообщалось на горе Шарп возле марсохода Curiosity . [2]
Отличительные свойства повторяющихся склоновых линий (RSL) включают медленный приростной рост, образование на теплых склонах в теплое время года, а также ежегодное затухание и повторение [18] , что демонстрирует сильную корреляцию с солнечным нагревом. [18] RSL простирается вниз по склону от обнажений коренных пород, часто вдоль небольших оврагов шириной от 0,5 до 5 метров (от 1 фута 8 дюймов до 16 футов 5 дюймов) и длиной до сотен метров, а в некоторых местах насчитывается более 1000 особей. течет. [19] [20] Темпы продвижения RSL самые высокие в начале каждого сезона, после чего следует гораздо более медленное удлинение. [21] RSL появляется и удлиняется поздней южной весной и летом от 48°S до 32°S широты, что благоприятствует склонам, обращенным к экватору, что является временем и местом с пиковыми температурами поверхности от -23°C до 27°C . Активные RSL также встречаются в экваториальных регионах (0–15° ю.ш.), чаще всего во впадинах Долины Маринерис . [21] [22]
Исследователи исследовали отмеченные потоками склоны с помощью CRISM марсианского разведывательного орбитального аппарата , и, хотя спектрографических доказательств наличия реальной воды нет , [19] прибор непосредственно получил изображения перхлоратных солей, предположительно растворенных в водных рассолах в недрах. [3] Это может указывать на то, что вода быстро испаряется, достигая поверхности, оставляя только соли. Причина потемнения и осветления поверхности плохо изучена: поток, инициируемый соленой водой (рассолом), может перестроить зерна или изменить шероховатость поверхности таким образом, что внешний вид затемнеет, но то, как детали снова становятся ярче при понижении температуры, объяснить труднее. . [14] [23] Однако в ноябре 2018 года было объявлено, что CRISM изготовил несколько дополнительных пикселей, представляющих минералы алунит, кизерит, серпентин и перхлорат. [24] [25] Команда прибора обнаружила, что некоторые ложные срабатывания были вызваны этапом фильтрации, когда детектор переключается с области высокой освещенности на тени. [24] Как сообщается, 0,05% пикселей указывали на перхлорат, что, как теперь известно, является ложно высокой оценкой этого прибора. [24] Пониженное содержание солей на склонах снижает вероятность присутствия рассолов. [25]
Был предложен ряд различных гипотез формирования RSL. Сезонность, распределение по широте и изменения яркости явно указывают на наличие летучего материала, такого как вода или жидкий CO.
2-вовлечен. Одна из гипотез состоит в том, что RSL могла образоваться в результате быстрого нагревания ночного мороза [18] , что согласуется с экспериментальными результатами. [26] Другой предполагает потоки углекислого газа, но условия, в которых происходят потоки, слишком теплые для углекислого инея ( CO
2), а в некоторых местах слишком холодно для чистой воды. [18] Другие гипотезы включают сухие гранулированные потоки, но ни один полностью сухой процесс не может объяснить сезонные потоки, которые постепенно растут в течение недель и месяцев. [21] Карнизные лавины - еще одна гипотеза. Идея состоит в том, что ветер собирает снег или иней сразу за вершиной горы, а затем, когда прогревается, он превращается в лавину. Сезонное таяние мелкого льда могло бы объяснить наблюдения РГБ, но ежегодно пополнять такой лед будет сложно. [21] Однако по состоянию на 2015 год прямые наблюдения за сезонным отложением растворимых солей убедительно свидетельствуют о том, что RSL включает рассол (гидратированные соли). [3]
Ведущая гипотеза предполагает течение рассолов (очень соленой воды). [3] [19] [20] [27] [28] [29] Отложения соли на большей части Марса указывают на то, что в прошлом на Марсе было много рассола. [14] [23] Соленость снижает температуру замерзания воды, чтобы поддерживать поток жидкости. Менее соленая вода замерзла бы при наблюдаемых температурах. [14] Данные теплового инфракрасного излучения, полученные с помощью системы тепловизионной визуализации (THEMIS) на борту орбитального аппарата Mars Odyssey в 2001 году , позволили ограничить температурные условия, при которых формируется RSL. Хотя небольшое количество RSL видно при температурах выше точки замерзания воды, большинство из них нет, а многие появляются при температурах до -43 ° C (230 К). Некоторые учёные полагают, что в таких холодных условиях рассол сульфата железа(III) (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) или хлорида кальция ( CaCl
2) является наиболее вероятным способом формирования РГБ. [30] Другая группа ученых, используя прибор CRISM на борту MRO, сообщила, что данные о гидратированных солях наиболее согласуются со спектральными характеристиками поглощения перхлората магния (Mg(ClO 4 ) 2 ), хлорида магния (MgCl 2 (H 2 O) x ) и перхлорат натрия ( NaClO
4). [3] [29]
Эксперименты и расчеты показали, что повторяющиеся наклонные линии могут образовываться в результате растворения и регидратации хлоридов водорода и солей хлористого газа. Однако в современных марсианских атмосферных условиях воды для завершения этого процесса недостаточно. [31]
Эти наблюдения ближе всего подошли учёных к обнаружению сегодня доказательств наличия жидкой воды на поверхности планеты. [14] [23] Однако замерзшая вода была обнаружена вблизи поверхности во многих регионах средних и высоких широт. Предполагаемые капли рассола также появились на стойках марсохода «Феникс» в 2008 году. [32]
Потоки жидкого рассола у поверхности могут объяснить эту активность, но точный источник воды и механизм ее движения не изучены. [33] [34] Гипотеза предполагает, что необходимая вода может возникнуть в результате сезонных колебаний приповерхностной адсорбированной воды, обеспечиваемой атмосферой ; Перхлораты и другие соли, которые, как известно, присутствуют на поверхности, способны притягивать и удерживать молекулы воды из окружающей среды ( гигроскопические соли), [21] , но сухость марсианского воздуха представляет собой проблему. Водяной пар должен эффективно улавливаться на очень небольших площадях, а сезонные изменения содержания водяного пара в столбе атмосферы не соответствуют активности RSL в активных местах. [18] [21]
Могут существовать более глубокие грунтовые воды , которые могут достигать поверхности через источники или просачивания, [35] [36] , но это не может объяснить широкое распространение RSL, простирающегося от вершин хребтов и пиков. [21] Кроме того, на экваториальных дюнах, состоящих из проницаемого песка, имеются очевидные РГБ, которые вряд ли могут быть источником подземных вод. [21]
Анализ подземных данных нейтронного спектрометра Mars Odyssey показал, что места RSL содержат не больше воды, чем где-либо еще на аналогичных широтах. Авторы пришли к выводу, что RSL не питается крупными приповерхностными солеными водоносными горизонтами. С учетом этих данных все еще возможно, что водяной пар поступает из глубоко погребенного льда, из атмосферы или из небольших глубоко погребенных водоносных горизонтов. [16]
Сухой гранулированный поток был предложен с момента первых наблюдений RSL, но эта интерпретация была исключена из-за сезонности процесса. Первое предложение о сезонном срабатывании в засушливых условиях было опубликовано в марте 2017 года с использованием эффекта насоса Кнудсена. [37] Авторы продемонстрировали, что RSL остановились под углом 28° в кратере Гарни, что соответствует сухой зернистой лавине. Кроме того, авторы указали на несколько ограничений влажной гипотезы, например, на тот факт, что обнаружение воды было только косвенным (обнаружение соли, но не воды). Эта теория отодвинула теорию сухого течения. В исследовании, опубликованном в ноябре 2017 года, делается вывод, что наблюдения лучше всего объясняются процессами сухого течения, [38] [39] [40] и отмечается, что реальных спектрографических доказательств существования воды нет . [39] [19] Их исследования показывают, что RSL существует только на склонах крутизной более 27 градусов, чего достаточно для того, чтобы сухое зерно опускалось так же, как на склонах активных дюн. [38] RSL не течет по склонам с уклоном менее 27 градусов, что несовместимо с моделями для воды. [39] Отчет 2016 года также ставит под сомнение возможные источники подземных вод на участках RSL, [41] но в новой исследовательской статье признается, что гидратированные соли могут поглощать некоторую влажность из атмосферы, что может привести к сезонным изменениям в гидратации солесодержащих зерен. в некотором пусковом механизме потоков зерна RSL, таком как расширение, сжатие или выделение некоторого количества воды, который может изменить сцепление зерен и заставить их падать или «течь» вниз по склону. [38] Кроме того, данные нейтронного спектрометра орбитального аппарата Mars Odyssey , полученные за десятилетие, были опубликованы в декабре 2017 года и не показывают никаких доказательств наличия воды (гидрогенизированного реголита) в активных точках, поэтому их авторы также поддерживают гипотезы либо короткой, либо короткой теории. существовали атмосферные растворения водяного пара, или сухие зернистые потоки. Тем не менее, зона действия этого прибора (~100 км) намного больше, чем у РГБ (~100 м). [16]
Эти особенности образуются на склонах, обращенных к Солнцу, в то время года, когда местные температуры достигают точки таяния льда. Полосы растут весной, расширяются в конце лета и затем исчезают осенью. Поскольку эти объекты могут включать в себя воду в той или иной форме, и даже несмотря на то, что эта вода все еще может быть слишком холодной или слишком соленой для жизни, соответствующие области в настоящее время считаются потенциально пригодными для жизни. Поэтому в рекомендациях по планетарной защите они классифицируются как «неопределенные регионы, которые следует рассматривать как особые регионы » (т.е. регион на поверхности Марса, где потенциально может выжить земная жизнь). [42]
Хотя гипотеза влажных потоков с 2015 года несколько утратила свою актуальность, [24] [25] [38] [39] эти регионы по-прежнему являются одними из наиболее предпочтительных мест-кандидатов для поддержки земных бактерий, занесенных загрязненными посадочными модулями. Некоторые повторяющиеся линии склонов находятся в пределах досягаемости марсохода Curiosity , но правила планетарной защиты не позволяют марсоходу тщательно исследовать их. [2] [43] Это привело к спорам о том, следует ли ослабить эти правила. [44] [45]