Ветер и лед на Марсе

Взгляд на Марс с орбиты вызывает любопытное ощущение сочетания привычного и незнакомого. Где-то можно увидеть песчаные дюны, такие же, как и на Земле. На полюсах лежат шапки льда, порождающие такие же ветра, которые дуют в Антарктиде. По теплым участкам путешествуют пылевые вихри, физический принцип образования которых аналогичен вихрям, которые будут закручивать и уносить вверх легкий мусор у вас за окном этим летом. Но, в то же время, там есть явления, которых нет на Земле. Недалеко от полюсов весной бьют газовые гейзеры, на дюнах видны многоугольники от трещин льда. Немного забавно знать, что синий закат на Марсе и красный — на Земле порождают одни и те же физические законы. А еще это очень и очень красиво…

Дюны

Начать, наверное, стоит вот с этого снимка, который выглядит почти по-домашнему. Песчаные дюны в 300 километрах от полярной ледяной шапки на северном полюсе, комбинированное изображение в инфракрасном и видимом диапазонах:



Полноразмерное фото по ссылке

Соединение видимого и инфракрасного диапазона дает нам картинку в искусственных цветах — дюны на самом деле темно-серые, они нагреваются на солнце и раскрашиваются в оттенки желтого на фото. А более холодные участки отображаются оттенками синего. Круглое белое пятно в нижней части фото — холм высотой примерно 100 метров, покрытый льдом.

А вот барханы на Марсе



Бархан — это изогнутая форма рельефа, которая образуется, когда есть песок и ветер. Ветер наметает песок на наветренную сторону, создавая пологий склон, который под действием гравитации осыпается на подветренной стороне.



Угол в 34° типичен для земных условий. На Марсе сила тяжести меньше, и это приводит к интересному эффекту — склон может накапливаться с большим углом, но, когда он начал осыпаться, он будет осыпаться до меньшего угла, чем на Земле.

Барханы — интересная штука. Когда рядом оказываются два бархана, они могут слиться в один, породить много новых, меньший из них может разделиться на две части, а иногда они, как солитоны, могут пройти друг сквозь друга, сохранив свою форму:



Во многом замечательный фильм «Марсианин» мог создать неверное представление о марсианских ветрах и песчаных бурях. Не забывайте, что давление на поверхности Марса составляет примерно 1% от земного, и ветру нужно дуть очень быстро, чтобы создать сколько-нибудь заметное давление. А скорость марсианских бурь не превышает 100 км/ч, земные бури бывают быстрее. Плотности атмосферы хватает только на легкий ветер и пылевые вихри:



Механизм образования пылевого вихря прост — поверхность нагревается на солнце, передает часть тепла приземным слоям атмосферы, и они становятся легче. В какой-то момент теплый легкий воздух начинает подниматься вверх, закручиваясь из-за силы Кориолиса, а на его место приходит холодный воздух сверху. В солнечный летний день на Земле можно довольно часто наблюдать такие вихри. В земных условиях пылевые вихри не превышают нескольких десятков метров в высоту (дальше начинаются термики, но они невидимы). А на Марсе можно сфотографировать вихрь в двадцать километров высотой.



Полноразмерное фото по ссылке

А вот на этой фотографии наш мозг, привыкший искать знакомые формы, с легкостью найдет деревья.



Полноразмерное фото высотой 5400 пикселей по ссылке

Не заметили? Вот часть фото более крупно:


Полноразмерное фото шириной 2500 пикселей по ссылке

Похоже, правда? Конечно же, это не деревья. Но на Земле можно найти похожее явление. Это оползни. Каждую весну находящийся под песком углекислотный лед испаряется (углекислотный лед не переходит в жидкость, а сразу превращается в газ), и песок сходит с вершин холмов. А если приглядеться, на самих холмах можно найти многоугольники трескающегося льда.

Вблизи, не с орбиты, сублимация сухого льда выглядит так:


А что случится, если углекислота будет лежать в более ровном районе и под более толстым слоем песка? А вот что:



Полноразмерное фото, 15000 пикселей в высоту, по ссылке

Темные «метелки» — это след выпадения пыли, поднятой извергающимся газовым гейзером. Когда давление углекислоты внизу становится слишком большим, она прорывается наверх, захватывая с собой грунт. Частицы грунта поднимаются в воздух и падают по направлению ветра, поэтому все «метелки» направлены в одну сторону. На Земле для такого эффекта нет условий.

Вы, наверное, уже сообразили, что углекислоту на Марсе можно сравнить с водой на Земле, если мы говорим о времени года. Углекислота выпадает снегом осенью и испаряется весной. А вода на Марсе тысячелетиями лежит льдом, поэтому ее можно сравнить скорее с камнями Земли (важное примечание — в грунте Марса местами есть перхлораты, которые работают как антифриз и где-то могут сделать воду жидкой, здесь же идет речь о сравнительно чистой воде). Вот, например, лед в кратере недалеко от северного полюса:



А вот сам северный полюс:



Вам не кажется, что темные разломы в ледяном щите идут по спирали? Так и есть, и за это отвечают два явления, которые есть и на Земле — сила Кориолиса и катабатические ветра. Если про силу Кориолиса многие что-то слышали (она отклоняет вбок движущиеся предметы на вращающейся планете), то про ветра со страшным названием надо поговорить чуть подробнее. На Земле есть карта ветров, образованная неравномерным нагревом поверхности (на экваторе больше, на полюсах — меньше)



На Марсе этот эффект слабее, но на полюсах давление больше, чем на экваторе. Поэтому холодный ветер начинает дуть в сторону экватора:



А вращение планеты отклоняет этот ветер вбок. Поэтому и образуются спиральные разломы. А самый большой и заметный разлом — каньон Северный (Chasma Boreale) имеет какую-то свою древнюю историю, о которой до сих пор спорят ученые.



Благодаря спутникам мы можем составить топографическую карту и виртуально оказаться на поверхности Марса.


Полная версия шириной 4000 пикселей по ссылке

Раз уж мы говорим про ветер, он является причиной синих закатов на Марсе — пыль в атмосфере поглощает красную часть спектра видимого света, поэтому небо на Марсе днем красноватое, а прямые солнечные лучи становятся синими. Такая же история с земной атмосферой, но у нас атмосфера поглощает синюю часть спектра. Вот такая вот марсианская колыбельная.



Главным источником вдохновения для этой публикации служил вот этот пост

Источник: geektimes.ru/post/276002/