Lodowce na Marsie: w poszukiwaniu lodu Understand article

Tłumaczenie: Paweł Trojak. Jednym z głównych zainteresowań naukowców badających Marsa jest woda: Czy znajdziemy ją na tej planecie?

Zdjęcie Marsa w
rzeczywistych kolorach.
Zdjęcie zostało wywołane w
roku 2007 z odległości
około 240 000 km; jego
rozdzielczość jest równa
5 km/pixel.

Zdjęcie dzięki uprzejmości ESA
2007 MPS for OSIRIS Team
MPS/ UPD/ LAM/IAA/ RSSD/
INTA/ UPM/ DASP/ IDA

W przewidywanym czasie, sztuczny satelita lecący na wysokości około 300 km i około 3.5 km.s-1, skupił się na jałowej i zimnej powierzchni czerwonej planety i otworzył migawki złożonego i precyzyjnego aparatu. Nowy obraz z powierzchni Marsa zajął gigabajty nagranych danych. Proces ten był powtarzany wiele razy w minionych dekadach, przez różne sztuczne satelity, ladąwniki i łazikiw1 które wysyłaliśmy do najbliższej nam planety. Każde nowe zdjęcie i dane powiększają niewiarygodnie olbrzymią bazę danychw2,w3 informacji o Marsie. Naukowcy z całego świata używają tych zasobów by studiować skład chemiczny i fizyczny planety, otoczenie klimatyczne i geologiczne. Wszystko po to, by dowiedzieć się więcej o Marsie a także o tym, jak kształtowała się Ziemia.

Powszechna dostępność zdjęćw4 i danych jest jednym z najbardziej niezwykłych fenomenów w historii nauki, nigdy wcześniej tak wielu ekspertów nie miało dostępu do takiej ilości informacji i nie tworzyło tak wielu modeli oraz wyników.

 

Czy znasz skład marsjańskich czap polarnych?

Pólnocna czapa polarna Marsa składa się głównie z H2O lodu. Jednakże, południowa czapa polarna zawiera H2O lodu i CO2 lodu.

 

Woda i lód na Marsie

Jedym z głównych zainteresowań naukowców badających Marsa jest woda. Czy na tej planecie jest woda? Gdzie się znajduje? Czy występuje w stanie skupienia ciekłym czy stałym? Czy w przeszłości na Marsie były oceany, morza, jeziora i rzeki? Jak zniknęły? Czy ich zniknięcie jest powiązane z przeszłym i obecnym klimatem planety? Ale również: czy na Marsie występuje życie, czy kiedykolwiek tam istniało? I czy ludzie byliby w stanie przeżyć tam przez jeden dzień.

Wielokątny teren w pobliżu
marsjańskiej północnej
czapy polarnej, gdzie
zaobserwowano lód wodny,
zaledwie kilka centymetrów
poniżej powierzchni.

Zdjęcie dzięki uprzejmości
NASA/ JPL/University of
Arizona

Dzięki danym pozyskanym przez sztuczne satelity, lądowniki i łazikiw5, wiemy, że miliony lat temu na powierzchni Marsa występowała woda, wypełniająca zagłębienia kraterów, tworząca jeziora, spływająca po zboczach niektórych wulkanów, z marsjańskich wyżyn do nizin, gdzie mógł istnieć rozległy ocean (nazywany Oceanus Borealis).

Woda w stanie stałym jest inną rzeczą. Lodowe czapy polarne na Marsie, zostały zidentyfikowane za pomocą teleskopu i jasno rozpoznane na zdjęciach ze sztucznych satelitw6, również występowanie zamarzniętych partii ziemi w kilkunastu miejscach na planecie, zostało potwierdzone, w większości dzięki zdjęciom zaraportowanym przez misję NASA Phoenix na wysokich szerokościach geograficznych. Niskie temperatury planety przez cały rok, pomierzone przez różne lądowniki i łaziki (takie jak Viking I and II, Mars Pathfinder, Spirit, Opportunity iCuriosity, które dotarły na Marsa w sierpniu 2012 roku), potwierdzają, że lód jest stabilny na wszystkich szerokościach geograficznych. Prawdę mówiąc, średnia temperatura Marsa wynosi około -80 ºC podczas dnia; na Równiku, latem, w godzinach południowych, słoneczne stoki mogą osiągnąć temperaturę powierzchni 15 ºC.

Badanie marsjańskich lodowców

Obecnie badania nad marsjańskim lodemw7koncentrują się na znalezieniu dowodu na istnienie lodu i cech związanym z lodowcem, korzystając z nowych, wysokiej rozdzielczości (35 cm/pixel) zdjęć, uzyskanych z aktywnych misji NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Nasza grupa badawcza skupiła się północno-zachodnim zboczu wulkanu Tholus Hecates w rejonie Elysium na Marsie, w tropikalnych szerokosciach półkuli północnej. Zanalizowalismy wszystkie dostępne zdjęcia z różnych satelit pokrywającyh ten region (w różnych spektrach, rozkładach czasowych i przestrzennych), i zaobserwowalismy cechy które zidentyfikowalismy jako spowodowane przez erozję lodowcową lub sedymentację: moreny, szczeliny lodowe, mutony, polodowcowe kotły, doliny wiszące, ozy, drumliny i formy glacjalne, między innymiw9.

Nasze interpretacje zostały oparte na porównaniu pomiędzy formami na Marsie (rzeźby zaobserwowane na Czerwonej Planecie) i ziemskimi tworami geologicznymi w Alpach, Islandii lub Antarktydzie, gdzie przeprowadziliśmy prace ziemne szukając analogii. Użyliśmy również naukowej metody „wielokrotnych hipotez roboczych” by odrzucić inne procesy które są w stanie wytworzyć cechy podobne do form na Marsie które zaobserwowaliśmy. Następnie, po miesiącach pracy przed komputeremw8 podczas różnych wypraw polowych oraz dzięki zdjęciom satelitarnym i topograficznych, spektrometrycznych i termicznych danych, wykonaliśmy szczegółowy opis cech zaobserwowanych na zboczu marsjańskiego wulkanu. Nasz pierwszy wniosek zosta opartym na długiej liście cech związanych z lodowcem na wulkanie Hecates Tholus i brzmi następująco: na planecie istniała przez długi czas, poważna ilość lodu, tworząc lodowce które spływały po pochyłosci, rzeźbiąc zbocza budowli.

 

Czy wiedziałeś, ze marsjańskie wulkany miały lodowce?

Na wielu zboczach marsjańskich wulkanów, ukazane są rzeźby stworzone przez przepływ lodu z lodowców – tak jak to możemy zaobserwować na Ziemi. Te wulkany nie są zlokalizowane na polarnych tylko tropikalnych szerokosciach geograficznych. Olympus Mons, Ascraeus Mons i Hecates Tholus są przykładami wulkanów z lodowcami, podobnie jak Szczyt Kilimandżaro (Tanzania) i Cotopaxi (Ekwador) na Ziemi.

 

Czy wiedziałes, że Mars miał epoki lodowcowe?

Datowanie krateru dostarczyło dowodu na aktywnośc lodowcową, zarówno w starożytności (więcej niż miliard lat temu) jak i ostatnio (mniej niż 2 miliony lat temu). Zimne okresy w historii Marsa są związane ze zmianami orbitalnymi (głównie zmiany kąta nachylenia osi) – jak w przypadku Ziemi, gdzie cykle orbitalne kontrolują większość zmian klimatycznych czwartorzędu, co zostało zaobserwowane przez Milutin Milankovic w 1922!

 

Podobieństwa pomiędzy marsjańskimi formami na wulkanie Hecates Tholus (A) i formami naziemnymi na Wyspie Zwodniczej, na Antarktydzie (B), pomaga naukowcom wydedukować ich pochodzenie – w tym przypadku, stoki lodowca są ukazane na zdjęciu (czarne strzałki).
Zdjęcie dzięki uprzejmości HiRISE/UA/NASA and DigitalGlobe

Problemem jest to, że nigdzie nie mogliśmy znaleźć lodu. Jednakże, zaobserwowaliśmy kilka glacjalnych cech, które, jak wiemy, nie mogą przetrwać długo po tym, jak lód stopnieje. Tak dzieje się w przypadku szczelin: pęknięcia w lodowcu zanikają gdy lód topnieje lub ulega sublimacji. Nie widzielismy lodu po tej częsci Marsa, ale bylismy w stanie rozpoznać szczeliny wyrzeźbione w warstwie pyłu która pokrywa lód. Na tej podstawie, doszliśmy do drugiego wniosku – to lód jest odpowiedzialny za obszerne pola glacjalnych form na Marsie, więc musi być zaraz pod powierzchnią – lub stopniał bardzo niedawno.

Poprzez datowanie krateru (patrz ramka poniżej), obliczylismy również wiek różnych osadów glacjalnych, które zaobserwowalismy na zdjęciach. Otrzymaliśmy szeroki zakres czasowy – od miliarda lat to 350 000 lat – co oznacza, że wulkan Hecates Tholus miał długą historię, podczas której lodowce powoli rzeźbiły jego północno-zachodnie zbocze. Prawdę mówiąc, zgłosiliśmy istnienie zimnych okresów, podczas których języki lodowcowe pokrywały znaczną częśc wulkanu i jego otoczenie, jak również, okresy cieplejsze, podczas których lodowce były mniejsze i pokrywały jedynie częsc zbocza, tak jak to się dzieje obecnie.

 

Czy wiesz jak naukowcy oszacowują wiek marsjańskich powierzchni?

Metoda jest prosta i skuteczna: liczą kratery spowodowane uderzeniami meteorytów w powierzchnię Marsa – i innych planet czy księżyca. Gęste rozmieszczenie kraterów jest odpowiednie dla starych powierzchni, natomiast niskie odpowiada młodym powierzchniom.

 

Kliknij na obrazek by
powiększyć. Sektor północnej
czapy polarnej Marsa, w
oparciu o radarową
penetrację gruntu, ukazuje
lód i warstwy sedymentacji.

Zdjęcie dzięki uprzejmosci
NASA/ESA/JPL-Caltech/
University of Rome/Washington
University in St. Louis

Przyszłe działania

Planujemy powtórzyć nasze badanie obserwacyjne w innych regionach wulkanicznych na Marsie, by sprawdzić czy występuje tam ten sam wzorzec i uzyskać lepsze wyobrażenie o globalnym rozkładzie lodowców i lodu na Marsie. Badanie te wspomogą nasze zrozumienie klimatu, ewolucji i właściwosci sąsiadującej planety Mars. Obecność glacjalnych cech na wulkanicznych budowlach mogłaby oznaczać lokalizację miejsc, gdzie występowało życie, jesli istniało, gdyż jest możliwosć, że znalazłoby tam wodę i ciepło, nawet w zimnym i suchym otoczeniu Marsa.

Przyszłe badania wykorzystają nowy rodzaj narzędzia: radarową penetrację. Ta technika pozwala na zmierzenie własciwości materiałów pod powierzchnią jak i ich odmian: jesli pod powierzchnią znajduje się lód, powinniśmy dostrzec to w danych radarowych, tak jak to miało miejsce przy marsjańskich czapach polarnych. Dane radarowe od NASA i ESA pozwolą nam na potwierdzenie naszych interpretacji z obserwacji lodowców na wulkanie Hecates Tholus i innych obszarów czerwonej planety, dzięki postępowi, współpracy i międzyplanetarnemu wysiłkowi który posunie naukę do przodu.

 

Czy wiedziałeś, że woda na Marsie nie jest stabilna?

Cała woda odkryta na Marsie, występuje w stanie gazowym lub stałym. Cisnienie atmosferyczne Marsa jest bardzo niskie (około 6 mbar, w porównaniu do średniego ciśnienia na Ziemi 1013 mbar) i poniżej minimum wymaganego do płynnej stabilizacji wody.

Download

Download this article as a PDF

References

  • De Pablo MA, Centeno JD (2012) Geomorphological map of the lower NW flank of the Hecates Tholus volcano, Mars (scale 1:100,000). Journal of Maps 8: 208-214

Web References

  • w1 – strona internetowa NASA Misje Badawcze na Marsie dostarcza informacji o wszystkich przeszłych, teraźniejszych i przyszłych misjach na Marsa odbywanych przez różne kraje i agencje kosmiczne.
  • w2 – Planetarne Archiwum Naukowe ESA przechowuje dane z eksploracyjnych misji planetarnych i kosmicznych. Dostęp do informacji jest darmowy.
  • w3 – Planetarny System Danych NASA przechowuje wszystkie dane z eksploracyjnych misji planetarnych i kosmicznych. Dostęp do informacji jest darmowy.
  • w4 – Strona internetowa ze wszystkimi zdjęciami Marsa Marsa z Arizona State University (Stany Zjednoczone Ameryki) pokazuje wszystkie zdjęcia z Marsa, pozyskane z misji Viking w późnych latach 70-tych. Zbadaj ten zasób informacji.
  • w5 – Badacz Orbitalnych Danych Marsa posiada przyjazny interfejs użytkownika pozwalający na wyszukanie poszczególnych informacji z misji na Marsa.
  • w6 – Marsjańska Odyseja THEMIS wygenerowała wiele zdjęć, które można przeszukiwać pod kątem tematu (włączając zagadnienia związane z lodem). Ta strona internetowa jest przydatna do nauki i rozwijania działalnosci dydaktycznych.
  • w7 – strona internetowa Mars Ice Consortium zawiera odnośniki do różnych instytucj i do darmowych zasobów edukacyjnych związanych z Marsem.
  • w8 – JMars jest oprogramowaniem darmowym i wieloplatformowym Systemem Informacji Geograficznej używanym przez naukowców planetarnych do wizualizacji różnych typów danych, topografii, spektrometrii i innych informacji. Korzystanie ze strony wymaga uprzedniej darmowej rejestracji.
  • w9 – Możesz sprawdzić terminologię związaną z lodowcami oraz obejrzeć zdjęcia na Glaciers online photo glossary dla szkół srednich.

Resources

  • Darmowe oprogramowanie Google Earth pozwala użytkownikom na wizualizację zdjęć w różnych roździelczosciach i skalach, nie tylko Ziemi ale również Marsa (i Księżyca) oraz może być użyte do przeprowadzania analiz porównawczych.
  • Strona internetowa Google Mars zawiera prostą mapę Marsa z topografią, i mozaikami zdjęć w zakresie fal widzialnych oraz tych podczerwonych.
  • By dowiedzieć się więcej o historii i ewolucji Marsa, zobacz:
    • Forget C, Costard F, Lognonné P (2006) Planet Mars: story of another world. Chichester, UK: Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-0387489254

  • Czy myślaleś kiedykolwiek o wycieczce na Marsa? Ta książka dostarczy ci wszystkich praktycznych porad:
    • Hartmann WK (2003) A travelers’ guide to Mars. USA:Workman Publishing Company. ISBN: 978-0761126065

  • By dowiedzieć się więcej o historii wody na Marsie, zobacz:
    • Carr MH (1996) The water on Mars. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 978-0195099386

  • By dowiedzieć się więcej o geologia Marsa, zobacz:
    • Carr MH (2006) The surface of Mars. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN: 978-0521872010

  • By dowiedzieć się więcej o ewolucji klimatu na Marsie, i jak wyglądała przeszłość planety w czasach gdy klimat był wilgotny i ciepły, przeczytaj:
    • Kargel JS (2004) Mars: a warmer and wetter planet. Chichester, UK:Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-1852335687

Author(s)

Miguel Ángel de Pablo jest adjunktem na Uniwersytecie Alcalá w Madrycie, w Hiszpanii. Jest geologiem a jego zainteresowania są skupione na Marsie od roku 1996. Ma doświadczenie w kartografii geologicznej i geomorfologicznej, wulkaniźmie i lodowcach, które badał na Islandii I Antarktydzie. Jest również członkiem Zespołu Naukowego NASA pracującego nad Marsjańskim Labaratorium Naukowym znajdującym się na pokładzie łazika Curiosity.

Juan D. Centeneo jest profesorem na Uniwersytecie Complutense w Madrycie, Hiszpanii. Jest również geologiem z ponad 25 letnim doświadczeniem w nauczaniu geomorfologii i geologii środowiskowej a także badaniu lodowcowych, peryglacjalnych i granitowych krajobrazów z całego swiata.

Miguel i Juan pracują obecnie razem, studiując rzeźby polodowcowe na zboczach wulkanu Hecates Tholus na Marsie.


Review

Powyższy artykuł jest interesujący ponieważ udowadnia, że nauczyciele i studenci są w stanie zrozumieć, że obecne badania mogą być przeprowadzone w oparciu o darmowe, międzynarodowe bazy danych, udostępniające wiele zdjęć, które można porównywać ze sobą. Oczywiscie, wymagane jest doswiadczenie i specjalistyczna wiedza w danej dziedzinie naukowej. Potem możesz przekazać swoją teorię, która musi zostać potwierdzona przez inne badania i tak dalej. Te uzupełniające odnośniki i zasoby edukacyjne mogą być punktem wyjścia dla opartych na pytaniach projektach oswiatowych, z potencjalnymi tytułami: Ziemia i Mars – Podobieństwa, Badanie planety Mars lub Życie na Marsie.


Corina Lavinia Toma, Computer Science High School “Tiberiu Popoviciu” Cluj Napoca, Rumunia




License

CC-BY-NC-SA