En bild från NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter, förvärvad 13 maj, 2018 under vintern på Mars sydpol, visar en istäcke av koldioxid som täcker området och när solen kommer tillbaka på våren, "spindlar" börjar dyka upp från landskapet. Kredit:NASA
Forskare vid Trinity College Dublin har kastat ljus över de gåtfulla "spindlarna från Mars, " tillhandahåller det första fysiska beviset för att dessa unika egenskaper på planetens yta kan bildas genom sublimering av CO 2 is.
spindlar, mer formellt kallade araneiformer, är konstigt utseende negativ topografi radiella system av dendritiska tråg; mönster som liknar grenar av ett träd eller gaffelblixtar. Dessa funktioner, som inte finns på jorden, tros ha ristas in i Mars yta genom att torris ändras direkt från fast till gas (sublimeras) på våren. Till skillnad från jorden, Mars atmosfär består huvudsakligen av CO 2 och när temperaturen sjunker på vintern, detta avsätts på ytan som CO 2 frost och is.
Trinity-teamet, tillsammans med kollegor vid Durham University och Open University, genomförde en serie experiment finansierade av Irish Research Council och Europlanet vid Open University Mars Simulation Chamber (bilden nedan), under Mars atmosfärstryck, för att undersöka om mönster som liknar Mars-spindlar kan bildas genom sublimering av torris.
Dess resultat beskrivs i en tidning som publicerades idag i Vetenskapliga rapporter :"Bildandet av araneiformer genom koldioxidventilation och kraftig sublimeringsdynamik under atmosfäriskt tryck från Mars."
"Denna forskning presenterar den första uppsättningen empiriska bevis för en ytprocess som tros modifiera polarlandskapet på Mars. Kieffers hypotes [förklaras nedan] har varit väl accepterad i över ett decennium, men tills nu, den har ramats in i ett rent teoretiskt sammanhang. … Experimenten visar direkt att de spindelmönster som vi observerar på Mars från omloppsbana kan skäras ut genom direkt omvandling av torris från fast till gas. Det är spännande eftersom vi börjar förstå mer om hur Mars yta förändras säsongsmässigt idag."
Forskargruppen borrade hål i centra av CO 2 isblock och hängde upp dem med en klo liknande de som finns i arkader, ovanför granulära bäddar av olika kornstorlekar. De sänkte trycket inuti en vakuumkammare till Mars atmosfärstryck (6mbar) och använde sedan ett spaksystem för att placera CO 2 isblock på ytan
De använde sig av en effekt som kallas Leidenfrost-effekten, varvid om ett ämne kommer i kontakt med en yta som är mycket varmare än dess sublimeringspunkt, det kommer att bilda ett gasformigt lager runt sig. När blocket nådde sandytan, CO 2 vände direkt från fast till gas och material sågs fly genom det centrala hålet i form av en plym
https://i2.wp.com/www.tcd.ie/news_events/wp-content/uploads/2021/03/DrillingHole1.jpeg?resize=600%2C800&ssl=1 Dr Lauren McKeown borrar hål i isblocken för projektet . Kredit:Trinity College Dublin
I varje fall, när blocket lyftes, ett spindelmönster hade eroderats av den utströmmande gasen. Spindelmönstren var mer grenade när finare kornstorlekar användes och mindre grenade när grövre kornstorlekar användes.
Detta är den första uppsättningen empiriska bevis för denna bevarade ytprocess.
Dr Mary Bourke, vid Trinitys institution för geografi, som ledde doktorandforskningen, sa:
"Detta innovativa arbete stödjer det framväxande temat att det nuvarande klimatet och vädret på Mars har ett viktigt inflytande inte bara på dynamiska ytprocesser, men också för all framtida robotisk och/eller mänsklig utforskning av planeten."
Huvudhypotesen som föreslagits för spindelbildning (Kieffers hypotes) antyder att på våren, solljus tränger igenom denna genomskinliga is och värmer upp terrängen under den. Isen kommer att sublimera från sin bas, får trycket att byggas upp och så småningom kommer isen att spricka, tillåta trycksatt gas att strömma ut genom en spricka i isen. Vägarna för den utströmmande gasen kommer att lämna bakom de dendritiska mönstren som observeras på Mars idag och det sandiga/dammiga materialet kommer att avsättas ovanpå isen i form av en plym.
Dock, tills nu, det har inte varit känt om en sådan teoretisk process är möjlig och denna process har aldrig direkt observerats på Mars.
Dessutom, forskarna observerade att när CO 2 blocken släpptes och fick sublimeras i sandbädden, sublimeringen var mycket kraftigare än förväntat och material kastades över hela kammaren. Denna observation kommer att vara användbar för att förstå modeller för andra CO 2 sublimationsrelaterade processer på Mars, t.ex. bildandet av laterala återkommande diffusa flöden som omger linjära sanddyner på Mars.
Metodiken som används kan omfokuseras för att studera CO:s geomorfa roll 2 sublimering på andra aktiva ytegenskaper på Mars – och faktiskt, kan bana väg för ytterligare forskning om sublimeringsprocesser på andra planetkroppar utan/små atmosfärer som Europa eller Enceladus.
