Поверхность планеты Марс издалека кажется красноватой из-за ржавой атмосферной пыли . [1] Вблизи она больше похожа на ириски , [ 1] а другие распространенные цвета поверхности включают золотистый, коричневый, желтовато-коричневый и зеленоватый, в зависимости от минералов. [1]
Видимый цвет марсианской поверхности позволил людям отличить ее от других планет на ранних этапах человеческой истории и побудил их сплетать басни о войне, связанные с Марсом. Одно из его самых ранних зарегистрированных названий, Har decher , буквально означало «Красный» на египетском языке . [2] Его цвет, возможно, также способствовал возникновению зловредной ассоциации в индийской астрологии , поскольку ему были даны названия Angaraka и Lohitanga , оба из которых отражают отчетливо красный цвет Марса, видимый невооруженным глазом. [2]
Современные наблюдения показывают, что краснота Марса поверхностная. Марсианская поверхность выглядит красноватой в первую очередь из-за повсеместного слоя пыли (частицы обычно имеют размер от 3 мкм до 45 мкм в поперечнике [3] [4] ), толщина которого обычно составляет порядка миллиметров. Даже там, где встречаются самые толстые отложения этой красноватой пыли, например, в районе Фарсиды, толщина слоя пыли, вероятно, не превышает 2 метров (6,6 футов). [5] Таким образом, красноватая пыль по сути является чрезвычайно тонким слоем на поверхности Марса и никоим образом не представляет собой основную часть марсианской подповерхности.
Марсианская пыль имеет красноватый оттенок в основном из-за спектральных свойств нанофазных оксидов железа (npOx), которые, как правило, доминируют в видимом спектре. Конкретные минералы npOx не были полностью ограничены, но нанокристаллический красный гематит (α-Fe 2 O 3 ) может быть доминирующим по объему, [6] по крайней мере, на глубине отбора проб менее 100 мкм [7] инфракрасных дистанционных датчиков, таких как прибор Mars Express OMEGA. Остальное железо в пыли, возможно, до 50% массы, может быть в обогащенном титаном магнетите (Fe 3 O 4 ). [8] Магнетит обычно черного цвета с черной полосой, [9] и не вносит вклад в красноватый оттенок пыли.
Массовая доля хлора и серы в пыли больше, чем та, которая была обнаружена (марсоходами Spirit и Opportunity ) в типах почв в кратере Гусева и плато Меридиана . Сера в пыли также показывает положительную корреляцию с npOx. [10] Это говорит о том, что очень ограниченное химическое изменение тонкими пленками рассола (облегченное образованием инея из атмосферной H 2 O) может производить часть npOx. [10] Кроме того, дистанционные наблюдения за атмосферной пылью (которые показывают небольшие отличия состава и размера зерен от поверхностной пыли) указывают на то, что основной объем пылевых зерен состоит из плагиоклазового полевого шпата и цеолита , а также второстепенных пироксеновых и оливиновых компонентов. [11] Такой мелкий материал может легко образовываться посредством механической эрозии из богатых полевым шпатом базальтов , таких как породы в южных высокогорьях на Марсе. [11] В совокупности эти наблюдения указывают на то, что любые химические изменения пыли под воздействием воды были весьма незначительными.
Существует несколько процессов, которые могут давать npOx как продукт окисления без участия свободного кислорода (O 2 ). Один или несколько из этих процессов могли доминировать на Марсе, поскольку моделирование атмосферы в геологических масштабах времени показывает, что свободный O 2 (генерируемый в основном посредством фотодиссоциации воды (H 2 O)) [12] мог всегда быть следовым компонентом с парциальным давлением, не превышающим 0,1 микропаскаля (мкПа). [13]
Один кислородно-(O 2 )-независимый процесс включает прямую химическую реакцию двухвалентного железа (Fe 2+ ) (обычно присутствующего в типичных магматических минералах) или металлического железа (Fe) с водой (H 2 O) для получения трехвалентного железа (Fe 3+ (aq)), что обычно приводит к образованию гидроксидов, таких как гетит (FeO•OH) [12] в экспериментальных условиях. [14] Хотя эта реакция с водой (H 2 O) термодинамически невыгодна, она, тем не менее, может поддерживаться за счет быстрой потери побочного продукта молекулярного водорода (H 2 ). [13] Реакция может быть дополнительно облегчена растворенным диоксидом углерода (CO 2 ) и диоксидом серы (SO 2 ), которые снижают pH пленок рассола, увеличивая концентрацию более окислительных ионов водорода (H + ). [14]
Однако для разложения (окси)гидроксидов Fe 3+ , таких как гетит, в гематит обычно требуются более высокие температуры (около 300 °C) . Образование палагонитовой тефры на верхних склонах вулкана Мауна-Кеа может отражать такие процессы, что согласуется с интригующим спектральным и магнитным сходством между палагонитовой тефрой и марсианской пылью. [15] Несмотря на необходимость таких кинетических условий, длительные засушливые и низкокислотные условия на Марсе (такие как дневные пленки рассола) могут привести к окончательному превращению гетита в гематит, учитывая термодинамическую стабильность последнего. [14]
Fe и Fe 2+ также могут окисляться под действием перекиси водорода (H 2 O 2 ). Несмотря на то, что содержание H 2 O 2 в атмосфере Марса очень низкое, [13] оно временно устойчиво и является гораздо более сильным окислителем, чем H 2 O. Окисление, вызванное H 2 O 2 до Fe 3+ (обычно в виде гидратированных минералов), наблюдалось экспериментально. [14] Кроме того, распространенность спектральной сигнатуры α-Fe 2 O 3 , но не гидратированных минералов Fe 3+, усиливает возможность того, что npOx может образовываться даже без термодинамически неблагоприятных посредников, таких как гетит. [6]
Также есть доказательства того, что гематит может образовываться из магнетита в ходе эрозионных процессов. Эксперименты в Лаборатории моделирования Марса Орхусского университета в Дании показывают, что когда смесь порошка магнетита, кварцевого песка и частиц кварцевой пыли перемешивается в колбе, часть магнетита превращается в гематит, окрашивая образец в красный цвет. Предлагаемое объяснение этого эффекта заключается в том, что когда кварц разрушается при шлифовании, на вновь открытых поверхностях разрываются определенные химические связи; когда эти поверхности вступают в контакт с магнетитом, атомы кислорода могут переноситься с поверхности кварца на магнетит, образуя гематит. [16]
Приблизительно истинные цветные изображения in situ от миссий Mars Pathfinder и Mars Exploration Rover показывают, что марсианское небо также может казаться людям красноватым. Поглощение солнечного света в диапазоне 0,4-0,6 мкм частицами пыли может быть основной причиной красноты неба. [17] Дополнительный вклад может быть получен из-за доминирования рассеяния фотонов частицами пыли на длинах волн порядка 3 мкм, [4] что находится в ближнем инфракрасном диапазоне, над рэлеевским рассеянием молекулами газа. [18]
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )