что представляют собой полярные шапки марса какой их химический состав
Полярные шапки Марса
Из Википедии — свободной энциклопедии
Полярные шапки Марса — области, расположенные вокруг северного и южного полюсов Марса и характеризующаяся наличием в них гигантских количеств водного льда и замороженного углекислого газа. Находится на Северном и Южном плато. Подвержены сезонным изменениям. В разгар весны полярные шапки имеют поперечник около 1500 километров. [1]
В середине зимы полярные шапки занимают поверхность до 50° по широте. Не тающие, остаточные части шапок сформированы из мощных слоистых отложений.
Северная остаточная шапка Марса в настоящее время гораздо крупнее (около 1000 км в поперечнике) своего южного аналога (около 300 км), поскольку южное полушарие в летний период находится в перигелии, то есть заметно ближе к Солнцу.
Полярные шапки Марса состоят из двух слоёв. Нижний, основной слой, с толщиной, оцениваемой в сотни метров, образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью, который сохраняется и в летний период. [2] Это постоянные шапки. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счёт верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твёрдой углекислоты, так называемого «сухого льда». Покрываемая этим слоем площадь быстро растёт в зимний период, достигая параллели 50 градусов, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры этот слой испаряется и остаётся лишь постоянная шапка.
Ледяные, полярные шапки Марса – состав и структура
О появлении марсианских шапок на обоих полюсах было известно еще в XVII веке. Но более точные данные получены в XX-XXI веке, благодаря новым технология, позволяющие делать более детальные исследования. Что в себе таят белоснежные образования, предстоит еще изучить, ведь вопрос о присутствии воды на планете является приоритетным для многих ученых.
Откуда мы знаем, что у Марса есть полярные шапки
Исторически отмечен факт, что впервые про полярные шапки планеты Марса стало известно еще в 1666 году. Наблюдая за планетой, астроном Джованни Доменико Кассини обнаружил белое пятно на одном из полюсов Марса. В 1672 году другим ученым Христианом Гюйгенс была зафиксирована белоснежная область Южного полюса, которая состояла, как предполагали, из снега и льда. А уже в 1704 году Жаком Филиппом Маральди были проведены регулярные наблюдения снежного покрова Южной шапки, им было удостоверено, что она изменяется в ходе вращения планеты.
Более подробно удалось рассмотреть природное явление на полюсах Марса в конце 20 века. Этому способствовали более мощные телескопы и орбитальные станции над планетой.
Изображение Северной полярной шапки Марса, полученное Маринер-9 12 октября 1972 года
Полярные шапки и их особенности
Белоснежный покров на Марсе, это уникальное образование. Помимо этого, он предопределен некоторыми особенностями, которые интригуют ученых, подталкивая к более тщательному их изучению. К примеру, известно, что:
С наступлением лета на верхний белый слой, стоящий из замороженного сухого льда превращается в углекислый газ. Газообразная субстанция благодаря сильнейшим ветрам (могут достигать сотни метров в секунду) перенаправляется с одного полушария на другой.
Уникальность залежей льда в том, что они имеют ярко выраженные спиралевидные борозды, которые расходятся непосредственно из ее центра. Учеными было выдвинуто несколько гипотез, которые могли бы объяснить причудливые формы, образованные белоснежным покровом:
Об заснеженных марсианских территориях, сведения были получены учеными, благодаря передаче данных с орбиты зондом SHARAD (Shallow Radar) в 2006 году. Этот аппарат позволил ученым заглянуть под слои льда и понять, по какому принципу разрасталось и развивалось это образование с момента его возникновения. А также, что находится под ледяными слоями полюсов, которые расположены по обеим сторонам Красной планеты.
Состав
Полярные залежи на Марсе, это постоянные явления, которые при смене сезонов либо увеличиваются, либо уменьшаются. Но состав двух слоев, нижнего основного и верхнего остается константным. Снежный покров Красной планеты состоят из:
Южная полярная шапка
На южном полюсе Красной планеты отображена заснеженная территория. Если ее измерить в километрах, то в поперечнике своего Южного полюса она распространяется на 400 километров.
Южная полярная шапка Марса, снимок Mars Global Surveyor (27 апреля 2000 года)
Особенность снежного образования в том, что Южная полярная шапка планеты Марса:
Одним из отличий считается размер Южного снежного покрова, так как он намного меньше того, что на северном полушарии Марса. Но даже с учетом того, что размер остаточной южной полярной шапки меньше по размеру, в летнее время она не исчезает. Подобное явление вызвано тем, что южное полушарие в летний период находится ближе к Солнцу. А именно планета Марс находится непосредственно на близком расстоянии от небесного светила (Солнца) в перигелии.
Учеными отмечено, что Южный полюс имеет более глубокие ледяные залежи. Так как лед заложен еще на 3,7 километров в глубину, а на северной стороне лед скрывается на глубине 1,7 км. Северное полушарие отличается от противоположной стороны, тем, что на нем не образуются пятна, замеченные на Южном полюсе Марса.
Северная полярная шапка
В зимнюю пору снежное образование Северной полярной шапки Марса может разрастаться более чем на полторы тысячи километров в поперечнике. С наступление весны верхний слой, в силу повышения температуры постепенно происходит процесс испарения. Даже при наличии относительного тепла, диаметр снежного покрова на северном полушарии остается в пределах 1100 километров, он называется остаточной шапкой. По мнению ученых, этот пласт ледника, по толщине примерно 100 метров и состоит из обыкновенной замерзшей воды с пылевыми примесями. Исследователи говорят, что этот твердый лед образовывался тысячелетиями и предпосылок его таяния нет.
Северная полярная шапка Марса, снимок орбитальной станции Mars Global Surveyor (13 марта 1999 года)
Особенность снежного образования Северной полярной шапки Марса:
Верхний слой значительно меньше нижнего и представлен всего метровой высотой. Основной состав, это сухой лед, образованный замерзшей углекислотой. Зимой происходит накопление верхнего слоя из-за замерзания углекислоты после того, как она с наступлением лета превратилась в газообразное состояние. Таким образом, зимой получается обратный процесс сублимации и нижний ледяной пласт обрастает сухим льдом. Площадь замерзлой территории на Северном полушарии может увеличиваться в зависимости от суровости зимы и может достигать 500 и больше градусов по широте. Это явление еще практически не изучено, поэтому нет достоверной информации о том, как они появляются, и что этому способствует.
Полярные шапки, это уникальное явление, которое было обнаружено не так давно, поэтому мало изучено, поскольку требует немало затрат на оборудование, которым производится их обследование. Но ученые не останавливаются на достигнутом и продолжают исследования снежных образований на одной из загадочных планет Солнечной системы.
Марсианские полярные ледяные шапки
Сезонное обледенение некоторых участков у южной ледяной шапки приводит к образованию над землей прозрачных пластов сухого льда толщиной 1 м. С приходом весны солнечный свет согревает грунт, и давление от возгонки CO 2 накапливается под плитой, поднимая и в конечном итоге разрушая ее. Это приводит к подобным гейзерам извержениям газа CO 2, смешанного с темным базальтовым песком или пылью. Этот процесс является быстрым, наблюдается в течение нескольких дней, недель или месяцев, скорость изменений довольно необычна для геологии, особенно для Марса. Газ, устремляющийся из-под плиты к месту расположения гейзера, прорезает подо льдом паучий узор радиальных каналов. [10] [11] [12] [13]
Содержание
Замораживание атмосферы [ править ]
Слои [ править ]
Обе полярные шапки демонстрируют слоистые элементы, называемые полярно-слоистыми отложениями, которые являются результатом сезонной абляции и накопления льда вместе с пылью от марсианских пыльных бурь. Информация о прошлом климате Марса может быть в конечном итоге раскрыта в этих слоях, как это делают на Земле структуры колец деревьев и данные ледяных кернов. Обе полярные шапки также имеют рифленые элементы, вероятно, вызванные структурой ветрового потока. На канавки также влияет количество пыли. [18] Чем больше пыли, тем темнее поверхность. Чем темнее поверхность, тем больше тает. Темные поверхности поглощают больше световой энергии. Есть и другие теории, которые пытаются объяснить наличие больших бороздок. [19]
Слои северной ледяной шапки, видимые HiRISE в рамках программы HiWish
Закройте вид открытых слоев.
Слои видны по краю северной ледяной шапки.
Слои, обнаженные в северной ледяной шапке, как видно с HiRISE в рамках программы HiWish
Крупным планом вид слоев северной ледяной шапки, видимый HiRISE в рамках программы HiWish
Северная полярная шапка [ править ]
В течение каждого года на Марсе до трети тонкой атмосферы из углекислого газа (CO 2 ) Марса «вымерзает» зимой в северном и южном полушариях. Ученые даже измерили крошечные изменения в гравитационном поле Марса из-за движения углекислого газа. [20]
При изменении наклона или наклона изменяется размер полярных шапок. Когда наклон самый высокий, полюса получают гораздо больше солнечного света и в течение большего количества часов каждый день. Дополнительный солнечный свет заставляет лед таять настолько, что он может покрыть части поверхности на 10 м льда. Было найдено много свидетельств того, что ледники, вероятно, образовались, когда произошло это изменение климата, вызванное наклоном. [25]
Исследование, опубликованное в январе 2010 г. с использованием HiRISEimages, говорит, что понимание слоев сложнее, чем считалось ранее. Яркость слоев зависит не только от количества пыли. Угол наклона Солнца вместе с углом космического корабля сильно влияют на яркость, видимую камерой. Этот угол зависит от таких факторов, как форма стенки желоба и ее ориентация. Кроме того, шероховатость поверхности может сильно изменить альбедо (количество отраженного света). Кроме того, часто видишь не настоящий слой, а свежий слой инея. На все эти факторы влияет ветер, который может разрушать поверхности. Камера HiRISE не выявила слоев тоньше, чем те, что видел Mars Global Surveyor. Однако внутри слоев было видно больше деталей. [29]
При объединении данных радара SHARAD в трехмерную модель можно обнаружить погребенные кратеры. Их можно использовать для датирования определенных слоев. [28]
Южная полярная шапка [ править ]
Остаточная южная ледяная шапка смещается; то есть он не центрируется на южном полюсе. Однако южный сезонный потолок сосредоточен около географического полюса. [19] Исследования показали, что смещение от центра вызвано тем, что с одной стороны выпадает гораздо больше снега, чем с другой. На стороне южного полюса в западном полушарии образуется система низкого давления, потому что ветры сменяются бассейном Эллады. Эта система производит больше снега. С другой стороны, меньше снега и больше морозов. Летом снег имеет тенденцию отражать больше солнечного света, поэтому не так много тает или сублимируется (климат Марса заставляет снег прямо переходить из твердого состояния в газообразное). С другой стороны, иней имеет более грубую поверхность и имеет тенденцию задерживать больше солнечного света, что приводит к большей сублимации. Другими словами, участки с более сильным морозом теплее. [33]
Исследование, опубликованное в апреле 2011 года, описало большое месторождение замороженного углекислого газа около южного полюса. Большая часть этого отложения, вероятно, попадает в атмосферу Марса, когда наклон планеты увеличивается. Когда это происходит, атмосфера уплотняется, ветры усиливаются, и большие площади на поверхности могут поддерживать жидкую воду. [34] Анализ данных показал, что если бы все эти отложения превратились в газ, атмосферное давление на Марсе удвоилось бы. [35] Есть три слоя этих отложений; каждый из них покрыт 30-метровым слоем водяного льда, который предотвращает сублимацию CO 2 в атмосферу. В сублимациитвердый материал переходит непосредственно в газовую фазу. Эти три слоя связаны с периодами, когда атмосфера разрушалась при изменении климата. [36]
Внешний вид швейцарского сыра [ править ]
Более поздние исследования с помощью мощного HiRISE показали, что ямы находятся в слое сухого льда толщиной 1-10 метров, который находится на гораздо большей ледяной шапке. Наблюдалось, что ямы начинаются с небольших участков вдоль слабых трещин. Круглые ямы имеют крутые стены, которые фокусируют солнечный свет, тем самым увеличивая эрозию. Для выработки котлована необходима отвесная стена около 10 см и длиной более 5 метров. [47]
На фотографиях ниже показано, почему говорят, что поверхность напоминает швейцарский сыр; можно также наблюдать различия за двухлетний период.
Южная полярная шапка (Марс)
Южная полярная шапка — область, расположенная на южном полюсе Марса, характеризующаяся наличием гигантских количеств двуокиси углерода в твердой фазе с примесью льда, воды и пыли. Подвержена сезонным изменениям. В разгар весны полярная шапка имеет поперечник около 400 километров.
Содержание
Структура
Полярные шапки — белые пятна на глобусе Марса и в буквальном, и в переносном смысле слова, это очень заметные детали даже с Земли, меняющие свои очертания в зависимости от времен года на Марсе — то разрастающиеся, то почти исчезающие. Когда на одном полушарии планеты на смену осени приходит зима, соответствующая шапка начинает расти, на другом полушарии в это время лето и там протекает обратный процесс. При этом в южном полушарии зимой холоднее, но зато летом теплее, чем в северном. С приходом весны полярная шапка начинает уменьшаться и к концу марсианского июля почти исчезает на южном полюсе, северная же шапка намного больше. Такая картина повторяется из года в год. В середине зимы полярные шапки занимают поверхность до 50° по широте. Не тающие, остаточные части шапок сформированы из мощных слоистых отложений. На снимках, сделанных издалека, они выглядят как вихреобразные образования, которые на более детальных снимках превращаются в систему уступов, террас и депрессий.
Северная остаточная шапка Марса в настоящее время гораздо крупнее (около 1000 км в поперечнике) своего южного аналога (около 300 км), поскольку южное полушарие в летний период находится в перигелии, то есть заметно ближе к Солнцу. Также этому могло способствовать более низкое положение поверхности северного полушария. Здесь расположены обширные низменности, в которых в течение миллионов лет могли накапливаться мощные толщи тонкозернистого материала, сносимого с материковых возвышенностей южного полушария. Такие осадочные отложения в условиях сурового климата Марса и могли стать наиболее крупным потенциальным резервуаром для накопления льда.
Полярные шапки Марса состоят из двух слоев. Нижний, основной слой, с толщиной, оцениваемой в сотни метров, образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью, который сохраняется и в летний период. Это постоянные шапки. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счёт верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого «сухого льда». Покрываемая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50 градусов, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры этот слой испаряется и остается лишь постоянная шапка.
Изучение
Вплоть до настоящего момента ученых сильно озадачивал тот факт, что многие области южной полярной шапки отражают значительно меньше света, чем должна отражать покрытая льдом поверхность. Однако выяснилось, что в затемнённых областях шапка также состоит из льда, просто сверху его покрывает тонкий слой темной пыли. По какой причине пыль покрывает лишь некоторые участки шапки — до сих пор неясно.
«Методика нашего эксперимента весьма проста, однако все измерения должны были осуществляться с высокой степенью точности», — отметила Мария Зубер. В будущем она планирует провести аналогичное исследование северной полярной шапки. В отличие от южной, ее не затемняют пылевые пятна, зато она упирается в поля дюн, которые также могут содержать в себе значительное количество водяного льда.
Между тем лишь недавно учёным удалось объяснить происхождение огромных залежей льда в марсианской почве: по их мнению, причиной этого являются сильные колебания оси планеты, порождающие в ней быструю череду ледниковых периодов. Данные, собранные космической станцией Mars Global Surveyor, позволили определить, как меняются во времени размеры и плотность ледяных шапок. Результаты последних исследований говорят, что вдобавок к сезонным изменениям южная полярная шапка Марса в течение последних нескольких лет сократилась в размерах, что является ярким свидетельством изменения марсианского климата. При измеренной скорости уменьшения полярной шапки рост содержания углекислого газа в атмосфере может заметно увеличить атмосферное давление Марса, удвоив его за время порядка сотен или тысяч марсианских лет.
Интересные факты
Ледяное «озеро» на Южном полюсе Марса настолько огромно, что если растопить вес лёд, то поверхность планеты покроется 11-метровым слоем воды.
См. также
Северная полярная шапка Марса — северный аналог Южной полярной шапки Марса.
Получены новые фото северного полюса Марса
Марс — планета, больше всего напоминающая Землю целым рядом знакомых нам характеристик. Так, например, смена местных времен года происходит аналогично земным, хотя их продолжительность и превосходит наши примерно в 2 раза. Изображения, полученные недавно орбитальным аппаратом Mars Express, показывают яркие пятна льда и глубокие темные впадины на северном полюсе Марса. Их обнаружение свидетельствует о наличии в регионе сильных ветров и бурь при установлении на красной планете зимнего периода. Слои льда, покрывающие область, в это время начинают испытывать сильные изменения в своем составе и протяженности, что и смог запечатлеть Mars Express в ходе своей новой миссии.
Северный полюс Марса с борта орбитального аппарата “Mars Express”
Как выглядят полярные шапки Марса?
Кстати говоря, еще больше последних новостей о Марсе и связанных с ним открытиях вы можете найти в наших каналах в Telegram и Яндекс.Дзен.
Полярная шапка Марса и ее спиральные впадины
Красные и коричневые марсианские впадины являются частью более крупного спирального узора впадин, которые расходятся от центра Северного полюса. Сверху они выглядят как узор из полос зебры. Ученые считают, что за создание этой необычной картины ответственны так называемые катабатические ветры, которые переносят плотный воздух на более низкие высоты. На красной планете они переносят холодный плотный воздух от полярных ледников и замерзших плато вниз к более низким высотам, представляющих собой долины и впадины. Из-за постоянного вращения планеты, льды северного полюса Марса испытывают на себе воздействие эффекта Кориолиса, который создает спиральный узор, исходящий от центра Северного полюса.
Кратер “Королев” на Марсе
Слои льда на полюсах красной планеты представляют особый интерес для ученых хотя бы уже потому, что содержат ключи к изменениям климата планеты на протяжении миллионов лет. По мере того, как лед тает и замерзает, он смешивается с пылью, постепенно оседающей на поверхности Марса, одновременно захватывая целый пласт вещества, находившегося на поверхности планеты в тот или иной промежуток времени. Исследователи утверждают, что слои древнего льда в свое время могли быть не только свидетелями влажного климата Марса в далекой древности, но и запечатлеть процессы, породившие знакомые нам огромные вулканы и кратеры планеты.