Naukowcy od dziesięcioleci obserwują na Marsie ciemne osuwiska zwane smugami stokowymi. Po raz pierwszy zostały one zauważone przez orbitery Viking w latach 70. Od tego czasu obserwuje je każda misja orbitalna, ale mechanizm ich powstawania jest przedmiotem gorących dyskusji: czy są one spowodowane aktywnością wody na Czerwonej Planecie, czy też może są skutkiem procesów mechanicznych w ośrodkach sypkich?
Smugi pojawiają się zwykle na ścianach kraterów, zboczach wzgórz i stokach gór. Poprzednie badania wykazały, że marsjański pył i skały na zboczach mogą zostać przemieszczone przez coś tak małego, jak niewielki wir pyłowy (ang. dust devil), a nawet pojedyncze zdarzenie uderzeniowe w odpowiednim miejscu. Takie zdarzenia powodują lawiny suchego pyłu na Marsie. Inne badania wskazywały, że sublimacja dwutlenku węgla w postaci szronu może przemieszczać skały, powodując lawinę, ale teraz zdjęcia i dane z misji kosmicznej Mars Odyssey dostarczyły ostatecznego dowodu na przyczynę powstawania smug.
Na ilustracji: Lawina pyłowa wywołana dużym uderzeniem widziana przez kamerę HiRISE na sondzie Mars Reconnaissance Orbiter. Strzałka wskazuje miejsce uderzenia, które zainicjowało lawinę. Źródło: NASA/JPL/University of Arizona
Sonda Odyssey znajduje się na orbicie od 2001 roku, co czyni ją najdłużej trwającą misją marsjańską. Obecna orbita statku kosmicznego zapewnia wyjątkowe spojrzenie na planetę o 7 rano czasu lokalnego na Marsie – podobnie jak na Ziemi, jest to idealny moment do obserwacji aktywności szronu.
W zeszłym roku naukowcy byli zaskoczeni, gdy na zdjęciach wykonanych przez kamerę światła widzialnego na pokładzie Odyssey zobaczyli niebiesko-biały szron oświetlony przez wschodzące Słońce. Jako że sonda jest wyposażona w system obrazowania emisji termicznej THEMIS, ta wrażliwa na ciepło kamera pokazała, że szron pojawił się w szerszym zakresie, w tym na obszarach, gdzie kamera światła widzialnego go nie zarejestrowała.
Na ilustracji: Szron na powierzchni Marsa, składający się głównie z dwutlenku węgla, wydaje się niebieskawo-biały na zdjęciach z kamery THEMIS na pokładzie orbitera 2001 Mars Odyssey NASA. THEMIS wykonuje zdjęcia zarówno w świetle widzialnym dostrzegalnym dla ludzkiego oka, jak i w czułej na ciepło podczerwieni. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASU
Ponieważ Mars ma bardzo rzadką atmosferę (zaledwie 1% gęstości atmosfery ziemskiej), Słońce szybko ogrzewa szron z suchego lodu, który gromadzi się w ciągu nocy, a nad ranem, zamiast się topić, w ciągu kilku minut odparowuje do atmosfery. Suchy lód występuję obficie w pobliżu biegunów Marsa, ale można go dostrzec również bliżej równika planety, gdzie generalnie jest zbyt ciepło, by mógł się tworzyć szron.
Kamera THEMIS pokazała, że zaledwie kilkadziesiąt mikronów pod powierzchnią marsjańskiego gruntu, czyli na głębokości mniejszej niż szerokość ludzkiego włosa, temperatury są bardzo niskie. Jest to dowód na to, że szron może występować w wielu miejscach, w których nie widać go na powierzchni.
Na ilustracji: Te ciemne smugi, znane również jako „smugi stokowe” (ang. slope streaks), powstały w wyniku lawin pyłowych w obszarze Marsa zwanym Acheron Fossae. Kamera HiRISE na pokładzie należącego do NASA Mars Reconnaissance Orbiter uchwyciła je 3 grudnia 2006 roku. Źródło: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
O wschodzie Słońca napędzane sublimacją wiatry są czasami na tyle silne, że przemieszczają pojedyncze ziarna pyłu, inicjując i podtrzymując lawiny pyłowe na stromych zboczach, i w rezultacie tworząc cechy terenu znane jako smugi stokowe. Model ten sugeruje, że cykl zamarzania CO2 jest aktywnym czynnikiem geomorfologicznym na wszystkich szerokościach geograficznych, a nie tylko na tych wysokich lub polarnych, i być może kluczowym czynnikiem utrzymującym ruchome obszary pyłu na powierzchni.
Analizując dane zebrane przez sondę Odyssey, badacze zaobserwowali coś, co nazwali „brudnym szronem”. Jest to szron z suchego lodu zmieszany z drobnymi ziarnami pyłu, które przysłaniały go w świetle widzialnym, ale nie na zdjęciach w podczerwieni. Naukowcy podejrzewają, że brudny szron może również wyjaśniać niektóre z ciemnych smug, które mogą rozciągać się na długość kilometra lub więcej w dół marsjańskich zboczy. Smugi te są wynikiem lawin pyłowych, które powoli zmieniają kształt zboczy górskich na całej planecie, co widać na zdjęciach orbitalnych.
Jak taka lawina wygląda na żywo? Zdaniem naukowców, lawiny pyłowe prawdopodobnie wyglądają jak rzeka pyłu, która pozostawia za sobą smugę puszystego materiału. Gdy pył przemieszcza się w dół, odsłania smugi ciemniejszego materiału pod spodem.
Za każdym razem, gdy wysyłamy misję na Marsa, odkrywamy nowe, egzotyczne procesy. Na Ziemi nie mamy niczego, co dokładnie przypominałoby smugę stokową. To ponownie pokazuje, że aby zrozumieć Marsa, trzeba wyjść w myśleniu poza nasze ziemskie doświadczenia.
Więcej informacji: publikacja Lange L. i in. Gardening of the Martian Regolith by Diurnal CO2 Frost and the Formation of Slope Streaks, „Journal of Geophysical Research: Planets”, 27 marca 2022 r. DOI: 10.1029/2021JE006988
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Ciemne smugi, znane również jako "smugi stokowe", powstałe w wyniku lawin pyłowych na Marsie. Kamera HiRISE na pokładzie należącego do NASA Mars Reconnaissance Orbiter uchwyciła je 26 grudnia 2017 roku. Źródło: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona