Gheţari pe Marte: în căutarea apei Understand article

Tradus de Mircea Băduţ. Unul dintre interesele principale ale cercetătorilor pe planeta Marte îi constituie apa. Există apă pe Marte?

Imagine complet color a lui
Marte. Fotografia a fost
obţinută în 2007 de la o
distanţă de aproximativ 240
000 km; rezoluţia imaginii
este de ~5 km/pixel

Pentru imagine suntem
recunoscători ESA 2007 MPS
for OSIRIS Team MPS/UPD/
LAM/IAA/ RSSD/ INTA/ UPM/
DASP/ IDA

La momentul calculat, sonda spaţială – zburând la aproape 300 km altitudine şi cu o viteză de 3,5 km/s – a focalizat suprafaţa aridă, rece şi roşiatică a planetei, şi a declanşat complexa şi precisa cameră fotografică. O nouă imagine a suprafeţei marţiene şi gigabaiţi de date au fost înregistrate în acel moment. Procesul a fost repetat de multe ori în ultimele decenii de către diferite sonde, sateliţi şi roverew1 pe care le-am trimis spre planeta cea mai apropiată de noi. Fiecare nouă imagine şi fiecare set de date creşte imensa bază de datew2,w3 cu informaţii despre Marte. Cercetători din toată lumea folosesc aceste resurse pentru a studia mediul chimic, fizic, climatic şi geologic al planetei, cu scopul de a înţelege mai multe despre Marte, despre cum a evoluat planeta, dar şi despre cum evoluează Terra.

Aceasta disponibilitate largă a imaginilorw4 şi a datelor este unul dintre cele mai uimitoare fenomene din istoria ştiinţei: niciodata nu am mai avut atât de mulţi experţi diseminând aşa de multă informaţie şi producând atât de multe modele şi rezultate.

 

Cunoaşteţi compoziţia calotelor polare marţiene?

Calota polară nordică a lui Marte este compusă în principal din apă îngheţată. Totuşi, calota sudică se compune din gheaţă de H2O şi de CO2.

Apă şi gheaţă pe Marte

Unul dintre principalele interese ale cercetătorilor în constituie apa. Există apă pe Marte? Unde se află ea? Este lichidă sau îngheţată? Au exista acolo cândva oceane, mări, lacuri şi râuri? Dispariţia lor este legată de clima planetei? Dar şi altfel: există, sau a existat, viaţă pe Marte? Şi ar putea oamenii să vieţuiască acolo cândva?

Teren poligonal lângă calota
polară nordică a planetei
Marte, unde a fost observată
apă îngheţată la câţiva
centimetri adâncime

Pentru imagine mulţumim lui
NASA/JPL/Universitatea
Arizona

Graţie datelor culese de sonde, de sateliţi şi de roverew5, ştim că Marte a avut apă lichidă acum un milion de ani – curgând la suprafaţă, umplând bazinele craterelor meteoritice, formând lacuri, curgând pe pantele unor versanţi vulcanici, din zonele marţiene înalte până la şes, unde a existat şi un întins ocean (denumit Oceanul Boreal).

Apa solidă este însă altceva. Calotele polare de gheaţă de pe Marte au fost identificate de telescoape şi au fost recunoscute clar din imaginile sateliţilor de explorarew6, iar existenţa solului îngheţat a fost confirmată în multe locuri de pe planetă, majoritatea graţie imaginilor raportate de misiunea NASA Phoenix la latitudini mari. Temperaturile joase ale planetei de-alungul anului, măsurate de diferite sonde şi rovere (precum Viking I şi II, Mars Pathfinder, Spirit, Opportunity şi Curiosity, care a ajuns pe Marte în august 2012), confirmă faptul că gheaţa este stabilă la toate latitudinile. Temperatura medie a lui Marte este de aproximativ -80ºC în timpul zilei; la Ecuator, pantele însorite pot ajunge în amiezele însorite la o temperatură de 15 ºC.

Studierea gheţarilor marţieni

Astăzi, cercetările privind gheaţa marţianăw7 se concentrează pe găsirea dovezilor referitoare la prezenţa gheţii şi a altor elemente glaciare folosind noile imagini de înaltă rezoluţie (până la 35cm/pixel) obţinute prin misiunile actice ale NASA şi ale ESA (European Space Agency). Grupul nostru de cercetare s-a focalizat pe flancul de nord-vest al vulcanului Hecates Tholus din regiunea Elysium a planetei Marte, la latitudini tropicale din emisfera nordică. Am analizat toate imaginile disponibile de la diverşi sateliţi vizând această regiune (în diferite spectre şi la diferite rezoluţii temporale şi spaţiale) şi am observat o serie de entităţi pe care le-am interpretat ca fiind cauzate de eroziune sau de sedimentare glaciară: morene, crevase, sheepback-uri, circuri glaciale, văi glaciare, oesar-uri, drumline sau muchii, printre altelew9.

Interpretările noastre s-au bazat pe comparaţia dintre formele marţiene (relieful observat pe Marte) şi formele terestre din Alpi, din Islanda şi din Antarctica, unde am realizat cercetări de teren în căutarea de analogii terestre. Am folosit de asemenea metoda ştiinţifică a ‘ipotezelor de lucru multiple’ pentru a elimina alte procese care pot produce entităţi geologice similare, ca origine a formelor marţiene observate. Apoi – după luni de lucru în faţa calculatoruluiw8 şi cu excursii pe diferite terenuri, dar şi graţie imaginilor satelitare şi a datelor topografice, spectrometrice şi termale – am realizat descrierea detaliată, cartografierea şi determinarea vârstei pentru entităţile observate pe flancul vulcanului marţian. Prima noastră concluzie, bazată pe o listă lungă de entităţi de gen glaciar de pe vulcanul Hecates Tholus, este aceea că acolo a existat o cantiate mare de gheaţă, pentru mult timp, formând gheţari care apoi au curs la vale, sculptând flancurile edificiului.
 

Ştiaţi că vulcanii marţieni au gheţari?

Mulţi vulcani de pe Marte prezintă pe flancuri forme de relief cauzate de scurgerea gheţei – aşa cum am văzut şi pe Pământ. Acei vulcani sunt localizaţi nu lângă poli, ci la latitudini tropicale. Olympus Mons, Ascraeus Mons şi Hecates Tholus sunt exemple de vulcani cu gheţari, similari cu Muntele Kilimanjaro (Tanzania) şi Cotopaxi (Ecuador) de pe Pământ.

 

Ştiaţi că Marte a avut ere glaciare?

Numărătoarea de cratere ne-a furnizat dovada activităţii glaciare, atât cea străveche (acum mai multe de un miliard de ani) cât şi mai recentă (în ultimii două milioane de ani). Perioadele reci din istoria planetei Marte sunt legate de modificările de orbită (în special modificările unghiului axei de rotaţie) – precum Terra, unde ciclurile orbitale controlează majoritatea schimbărilor de climă din Cuaternar, precum a decoperit Milutin Milankovic în 1922!

 

Punctaţi pe imagine pentru a o mări. Similarităţile dintre formele marţiene de la Hecates Tholus (A) şi formele de relief din Insula Deception, Antarctica, (B) îi ajută pe cercetărori să deducă originea acestora – în acest caz, crestele glaciare sunt evidenţiate în imagini (săgeţile negre).
Pentru imagine mulţumim lui HiRISE/UA/NASA şi DigitalGlobe

Problema este că… nu putem găsi gheaţă oriunde! Totuşi, putem vedea anumite entităţi glaciare despre care ştim că nu pot supravieţui mult timp după topirea gheţii. Este cazul crevaselor: fracturile din gheţar dispar când gheaţa se topeşte sau se evaporă. Nu am văzut gheaţă pe această parte a lui Marte, dar am putut recunoaşte crevase sculptate în stratul de praf care acoperă gheaţa. Din acest motiv, cea de-a doua concluzie la care am ajuns este că gheaţa cauzând aceste câmpuri extinse de forma glaciare se afla aproape de suprafaţă – ori că s-a topit foarte-foarte recent.

Prin numărarea craterelor (vedeţi caseta de mai jos), noi am calculat şi vârstele diferitelor depuneri glaciare pe care le-am observat în imagini. Am găsit un domeniul larg de vârste – de la un miliard de ani până la 350000 de ani – ceea ce înseamnă că vulcanul Hecates Tholus are o istorie lungă în care gheţarii au sculptat lent în flancul să de nord-vest. De fapt, am presupus existenţa de perioade reci, în care limbi de gheaţă au acoperit o importantă parte a vulcanului şi a vecinătăţilor sale, alternante cu perioade calde, în care gheţarii erau mai mici şi acopereau doar porţiuni din flanc, cum este situaţia şi acum.
 

Ştiţi cum estimează cercetătorii vârsta suprafeţei lui Marte?

Este simplu şi eficient: ei numără craterele lăsate de meteoriţi după impactul lor cu suprafaţa planetei Marte – şi a oricărei alte planete sau luni. O densitate mare a craterelor desemnează o suprafaţă veche, iar o densitate mică de cratere corespunde suprafeţelor tinere.

Punctaţi pe imagine pentru a
o mări. Secţiune prin calota
polară nordică a planetei
Marte, bazată pe date radar
de penetraţie în subsol,
arătând gheaţa şi straturile
de sedimente.

Pentru imagine mulţumim
NASA/ESA/JPL-Caltec
/Universitatea Rome/
Universitatea Washington
din St. Louis

Paşii următori

Avem în plan să repetăm studiul nostru observaţional şi asupra altor regiuni vulcanice de pe Marte pentru a vedea dacă există aceleaşi modele şi pentru a obţine o idee mai bună despre distribuţia globală a gheţarilor şi a gheţii pe Marte. Aceste studii ne vor favoriza înţelegerea climatului, evoluţia sa şi caracteristicile acestuia pe planeta vecină. Prezenţa entităţilor glaciare pe edificii vulcanice poate de asemenea marca locurile unde viaţa, dacă a existat, ar fi putut găsi apă şi căldură pentru a supravieţui, chiar şi în climatul rece şi uscat de pe Marte.

Studiile următoare vor folosi un nou tip de unealtă: penetraţia radar. Această tehnică ne permite să măsurăm proprietăţile materialelor de sub scoarţă şi să le investigăm variaţia: dacă există gheaţă în subsol, ea ar trebui să poată fi distinsă în datele radar, aşa cum am văzut în calotele polare marţiene. Datele radare de la NASA şi de la ESA ne vor îngădui să corelăm interpretările noastre din observaţiile asupra gheţarilor de la Hecater Tholus cu cele din alte zole ale planetei roşii, graţie efortului modern, colaborativ şi inter-planetar de a favoriza ştiinţa.

 

Ştiaţi că apa lichidă nu este stabilă pe Marte?

Toată apa care a fost găsită pe Marte există doar sub formă gazoasă sau solidă. Presiunea atmosferică de pe Marte este foarte scăzută (aproximativ 6 mbari, comparativ cu media de 1013 mbari de pe Pământ) şi sub minimul necesar menţinerii apei în stare lichidă.

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 – Web-site-ul misiunii NASA de explorare a planetei Marte furnizează informaţii despre toate misiunile (trecute, prezente şi viitoare) către Marte, întreprinse de către diferite ţări şi diferite agenţii spaţiale.
  • w2 – Arhiva de Ştiinţe Planetare a ESA stochează date din misiuni de exploare a planetelor şi a universului. Se poate utiliza gratuit.
  • w3 – Sistemul de date planetare al NASA stochează date din misiuni de exploare a planetelor şi a universului. Se poate utiliza gratuit.
  • w4 – Pagina web a tuturor misiunilor pe Marte a Universităţii statului Arizona (USA) prezintă, într-o manieră prietenoasă, toate imaginile de pe Marte captate începând cu misiunile Viking din anii 1970.
  • w5 – Navigaorul de date orbitale de pe Marte are o unealtă de căutare facilă pentru extragerea oricăror date din orice misiune vizând planeta Marte.
  • w6 – Camera termo-fotografică THEMIS folosită de satelitul Odyssey a generat o mulţime de imagini ce pot fi explorate clasificat (inclusiv pe subiecte legate de gheaţă). Acest web-site este util pentru predare şi pentru derularea de activităţi didactice.
  • w7 – Web-site-ul Mars Ice Consortium conţine legături către resurse educaţionale gratuite despre Marte provenind de la diferite instituţii.
  • w8 – JMars este o platformă GIS (de tip ‘sistem informatic geografic’) ce poate folosită gratuit de cercetători pentru a vizualiza diferite tipuri de date de pe Marte, precum imagini, topografie, spectrometrie şi altele. Accesarea web-site-ul presupune înregistrarea utilizatorilor.
  • w9 – Oe Glaciers online photo glossary puteţi căuta informaţii de tip vocabular şi fotografii, potrivite pentru educaţia în ciclul secundar.

Resources

  • Aplicaţia web Google Earth permite oricui să vizualizeze imagini la diferite rezoluţii şi scări, nu doar de pe Pământ, dar şi de pe Marte (sau de pe Lună), şi poate fi folosită pentru a face analize comparative.
  • Pagina web Google Mars conţine o hartă simplă a planetei Marte, cu topografie şi un mozaic de imagini în spectrul vizibil şi în infra-roşu.
  • Pentru a afla mai multe despre istoria şi evoluţia planetei Marte, vedeţi:
    • Forget C, Costard F, Lognonné P (2006) Planet Mars: story of another world. (Planeta Marte: povestea unei alte lumi) Chichester, UK: Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-0387489254

  • V-aţi gândit să vizitaţi Marte? Cartea aceasta vă poate furniza informaţiile necesare:
    • Hartmann WK (2003) A travelers’ guide to Mars. (Ghidul călătorului pe Marte) USA:Workman Publishing Company. ISBN: 978-0761126065

  • Pentru a afla mai multe despre istroria apei pe Marte, vedeţi:
    • Carr MH (1996) The water on Mars. (Apa pe planeta Marte) Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 978-0195099386

  • Pentru a afla mai multe despre geologia planetei Marte, vedeţi:
    • Carr MH (2006) The surface of Mars. (Suprafaţa planetei Marte) Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN: 978-0521872010

  • Pentru a afla mai multe despre evoluţia climei pe planeta Marte şi despre cum a fost cândva umedă şi caldă, citiţi:
    • Kargel JS (2004) Mars: a warmer and wetter planet. (Marte: o planetă mai caldă şi mai umedă) Chichester, UK:Springer-Verlag/Praxis. ISBN: 978-1852335687

Author(s)

Miguel Ángel de Pablo este profesor asistent la Universitatea Alcalá din Madrid, Spania. El este geolog; şi-a concentrat interesul pe Marte începând cu anul 1996. Are experienţă în cartografierea geologică şi geomorfologică, în vulcani şi în gheţari, pe care le-a studiat în Islanda şi în Antarctica. El este şi membru al echipei de cercetători de la NASA care a realizat misiunea-laborator Curiosity.

Juan D. Centeno este profesor asociat la Universitatea Complutense din Madrid, Spania. Şi el este geolog, şi are peste 25 de ani de experienţă în predarea geomorfologiei şi a geologiei mediului; a studiat gheţari şi peisaje periglaciare şi granitice prin toată lumea.

Miguel şi Juan lucrează acum împreună la cercetarea reliefului glaciar de pe flancurile vulcanului Hecates Tholus de pe Marte.


Review

Acest articol este interesant deoarece profesorii şi elevii pot înţelege că cercetarea presupune, pe lângă experienţa proprie în domeniul ştiinţific, şi petrecerea multor ore în căutarea de baze de date internaţionale, respectiv compararea multor imagini. Şi că astfel se poate emite o teorie pe care o va putea valida altă cercetare. Conexiunile suplimentare şi resursele educaţionale pot fi punctul de pornire pentru proiecte de predare/învăţare bazate pe căutare, proiecte cu titluri precum: ‘Similarităţi între Pământ şi Marte’, ‘Studierea planetei Marte’, sau ‘Viaţa pe Marte’.


Corina Lavinia Toma, Liceul de informatică “Tiberiu Popoviciu” din Cluj Napoca, Romania




License

CC-BY-NC-SA