Pišući nedavno o fenomenalnoj Nasinoj misiji 'Viking', često sam pominjao Marsove polove, posebne mete 'Vikingovih' orbitera. Tada sam video da su ti polovi jako zanimljivi – severni i južni su potpuno različiti, pa sam rešio da napišem nešto više o njima.
Marsov severni pol ima površinu oko milion km2 i prečnik oko 1.100 km.
Marsov južni pol ima prečnik oko 400 km.
Udaljenost Marsa od Sunca varira za preko 40 miliona km. Nagib njegove ose u odnosu na ravan ekliptike iznosi 25,2°. To su dovoljni uslovi za postojanje godišnjih doba[1], pa time i izraženih klimatskih promena na planeti. Naravno, daleko je to od one šarenolikosti koju imamo na Zemlji, ali dovoljno da bude zanimljiva za naučnike i nas ostale.
Kao i na našoj planeti, i na Marsu postoje dve stalne polarne ledene kape. Tokom zimskih perioda, polovi se konstantno nalaze u mraku, hladeći površinu i izazivajući depoziciju[2] znatnog dela čitave atmosfere u vidu debelih slojeva 'suvog leda' (leda CO2). Kada Sunce ponovo ogreje polove, zaleđeni CO2 sublimira, stvarajući snažne vetrove koji duvaju na polovima brzinom i od 400 km/h. Te sezonske promene premeštaju ogromne količine peska i prašine i vodene pare, stvarajući pojavu inja na površini i paperjaste cirusne oblake u atmosferi.
Kape na oba pola se sastoje uglavnom od vodenog leda. Zaleđeni ugljenikov dioksid se akumulira na sevesnom polu samo tokom zime, i to kao kora debela oko jednog metra, dok na južnom polu čini stalni pokrivač debljine oko 8 metara. Na slikama obe kape vidi se da su spiralne strukture, čemu su uzroci silazni (tzv. katabatski) vetrovi nastali usled Koriolisovog efekta.
Tokom sezonskih zaleđivanja nekih delova zemljišta u blizini južne polarne kape ponekad se iznad tla formiraju providne ploče ugljen-dioksidnog leda debljine do jednog metra. Sa dolaskom proleća, Sunčevi zraci počinju da zagrevaju zemljište ispod leda i da oslobađaju CO2 koji se diže i na kraju probija na površinu leda. Tako se javljaju male erupcije gasa u obliku gejzira ('spajdera') koji sobom nose i prašinu i crni bazaltni pesak. Te pojave su brze i teško ih je pratiti na Marsu. Gasovi teku ispod leka ka datom gejziru i dubi radijalne 'paukolike' kanale ipod leda
Istraživanja zasnovana na malim promenama u orbitama kosmičkih letilica oko Marsa tokom poslednjih 16 godina, utvrdila su da kada na jednoj polulopti nastupi zima, možda 3-4 triliona tona ugljenikovog dioksida se iz atmosfere zamrzava i taloži u kape. To predstavlja 12 ili 16 procenata mase čitave atmosfere planete i potvrđuje Marsov atmosferski model formiran 2010.
SLOJEVI
Obe polarne kape na Marsu pokazuju slojevitu strukturu, rezultat sezonskih topljenja i taloženja ledova zajedno sa prašinom koju donose Marsove peščane oluje. Verovatno se u tim slojevima kriju informacije o klimatskoj prošlosti planete, kao što godovi na drvetu sadrže informacije o Zemlji. Obe ledene kape prikazuju različite žljebove na površini, nastale verovatno pod uticajem vetrova, a imaju veze i sa količinom prašine: više prašine, tamnija je površina; što je tamnija površina, brže se topi, jer tamnije tlo apsorbuje više solarne energije.
Različite vrste ledova na južnom polu. Snimio instrument OMEGA sa Esinog orbitera 'Mars Express'.
Severna polarna kapa je debela nekoliko kilometara. Kanjoni i useci su duboki više stotina metara.
Još jedan primer slojeva leda i prašine u ledenim kapana. Vide se tragovi erozije vetrovima.
Jedna od stranica kanjona Chasma Boreale u polarnoj kapi.Svetlo braon je površinski sloj prašine, dok su sivi i plavičasti slojevi slojevi vodenog i CO2 ledova. Pravilne geometrijske pukotine ukazuju na slojeve sa većom koncentracijom vodenog leda.
Još jedna neobična tvorevina na Marsovom polu. Izgleda da su uzrok njihovog nastajanja gasovi u tlu koji se dižu kako se zagreva tlo u proleće.
SEVERNA POLARNA KAPA
Severna kapa tokom leta ima prečnik od oko 1.100 km i sadrži nekih 1,6 km3 leda, malo manje nego što ga ima na čitavom Grenlandu, drugom najvećem 'komadu' leda na našoj planeti. Veći deo kape sastoji se od vodenog leda, ali poseduje i tanku sezonsku koricu suvog leda, čvrstog ugljen-dioksida. Svake zime ledena kapa dobije dodatnih 1,5 do 2 metra suvog leda. Tokom leta, suvi led sublimiše u atmosferu (direktno prelazi iz čvrstog stanja u gasovito). Kao i sve planete solarnog sistema, i Mars ima godišnja doba koja su slična sa Zemljinim jer je i osa rotacije Marsa slična Zemljinoj – 25,19° naspram Zemljinih trenutnih 23,43679°.
Svake Marsove godine, tokom zime se trećina njegove 'tanke' ugljen-dioksidne atmosfere ledi. Zbog toga, tih promena CO2, naučnici su čak uspeli da izmere male promene u gravitacionom polju planete.
Ledena kapa na severnom polu nalazi se na manjoj visini[3] (osnova na -5.000 m, a vrh na -2.000 m) nego ona na južnom polu (osnova na 1.000 m, vrh na 3.500 m). Ona je takođe toplija, tako da svakog leta čitav CO2 isparava i nestaje. Ono što preživi leto sastoji se od vodenog leda, za koji se veruje da ima debljinu do tri kilometra. Severna kapa je simetrična oko pola i pokriva površinu do geografske širine ~60°. Slike koje je napravio Nasin 'Mars Global Surveyor' pokazuju da je led na polu prekriven brojnim neravninama, grudvama, jamama i pukotinama, čineći ga potpuno različitim od onog na suprotnom polu. Jedan veliki kanjon, Chasma Boreale, preseca kapu u dužini od preko 550 km – širok je oko 100 km i dubok do 2 km – što je dublje od poznatog Velikog kanjona u Koloradu.
Tokom istorije, nagib ose rotacije Marsa, tj. nagib ekvatorske ravni planete u odnosu na ravan orbite[4], menjao se, što je dovodilo i do promene veličine polarnih ledenih kapa. Kada je taj nagib bio najveći, polovi su dobijali mnogo više svetlosti i bili osvetljavani više sati svakog dana. To je izazivalo topljenje leda toliko da su neki delovi površine mogli da budu pokriveni slojem vode debljine do 10 metara
Nove teorije objašnjavaju kako pomeranje nagiba ose rotacije Marsa (za čak 10°!) utiču na smenu suvih uslova na planeti sa vlažnim. Smatra se da je u poslednjih 5 mil. godina bilo ~40 ledenih doba!
Radarski snimak Marsovog severnog pola sa orbitera 'MRO'. Ova merenja su utvrdila da u kapi ima oko 821.000 km3 vodenog leda.
Tokom godišnjeg ciklusa Mars se nalazi na različitim udaljenostima od Sunca a varira i udaljenost severnog i južnog pola od Sunca. To utiče na različitost ledenog pokrivača na polovima. Isto je i na Zemlji. Na Marsu, na severnoj polulopti, proleće je najduže godišnje doba. Razlike u temperaturama izazivaju snažne globalne vetrove.
Ko ne zna nikad ne bi pogodio šta ova slika predstavlja.
Slika iz 2010. koju je napravio evropski 'Mars Express' koja prikazuje planetu tokom letnje dugodnevice. Čitav CO2 je ispario i ostala je samo blještava kapa vodenog leda.
Snimak sa orbite lavine dioksidnog leda i prašine na jednoj litici severne ledene kape na Marsu.
Ova slika, koju je napravila evropska kamera HiRISE, prikazuje jezero vodenog leda u bezimenom krateru u blizini severnog pola. Krater je prečnika 35 km i dubine 2 km, dok je sloj leda debeo oko 200 metara.
Peščane dine u blizini severnog pola. Vide se depoziti leda.
JUŽNA POLARNA KAPA
Južna permanentna polarna kapa je mnogo manja od severne. Ima prečnik od oko 400 km, mnogo manje od ~1.100 km severne kape. Svake zime na južnoj polulopti ledena kapa prekrije tlo do širine od 50°. Južna kapa ima veću visinu od severne i hladnija je od one druge.
Zanimljivo je da je južna kapa ekscentrično postavljena u odnosu na magnetni južni pol, tj. više je koncentrisana u blizini geografskog pola. Studije pokazuju da je uzrok tome što više snega pada sa jedne strane nego s druge! Zapadna polulopta formira polja niskog pritiska zbog vetrova koje menja Hellas Basen. Taj sistem stvara više sneznih padavina. Sa druge strane se formira manje snega ali više inja. Sneg teži da reflektuje više svetlosti tokom leta, tako da se sporije topi odn. sublimuje (klima na Marsu jetakva da se sneg direktno pretvara u paru). Inje stvara, s druge strane, hrapave površine koje zarobljavaju manje svetlosti, proizvođavajući više sublimacije. to znači da su područja pod injem ipak malo toplija.
Istraživanja objavljena u aprilu 2011, opisala su velike naslage zaleđenog ugljen-dioksida u blizini južnog pola. Verovatno dobar deo tih naslaga odlazi u atmosferu kada se periodično povećava nagib planete. Kada se to dešava, atmosfere postaje gušća, vetrovi jači a površine na kojima bi mogla da se zadrži voda postaju veće. Analize podataka kažu da bi atmosferski pritisak na Marsu mogao da se duplira kada bi se svi ti depoziti pretvorili u gasove. Postoje tri sloja tih depozita; svaki je omeđen 30-metarskim slojevima vodenog ledakoji sprečava da CO2 sublimira u atmosferu. Ti slojevi su povezani sa periodima u kojima sa promenom klime dolazi do kolabiranja atmosfere.
U blizini južnog pola egzistiraju ogromna polja grebenova ('eskera'), nazvana Dorsa Argentea Formation, za koja se veruje da predstavljaju ostatke velikih naslaga leda, koja su nekada činile dvaput veću ledenu kapu nego danas – pokrivala je površinu veličine 1,5 mil. km2 – duplo više nego Francuska i Nemačka zajedno!
Ledena kapa južnog pola nije struktno na južnom polu.
Slojevi leda južnog pola. Na velikoj slici se vide neverovatni detalji! Rezolucija je samo 50 cm/px.
'Spajderi' u regionu južnog pola Marsa.
Savršeno okrugla rupa u tlu, okružena dioksidnim ledom. Može da se nađe i na Google Marsu.
Još jedna misteriozna rupa na Marsu u blizini pola.
Svakog proleća, hladni džetovi eruptiraju ispod slojeva CO2 leda. Lokalni vetrovi odnose gasove i čestice od njihovog izvora, formirajući duge tragove. Kada vetar promeni pravac, promeni se i pravac tragova. Ti rezultati pomažu u studiranju vremenskog modela na južnom polu.
Ovo nije umetnički koncept već pravi pejzaž na Marsu! http://apod.nasa.gov/apod/ap100119.html
Crne peščane dine na Marsu http://areology.blogspot.ca/2010_10_01_archive.html
Ovakvih kratera nema nigde u solarnom sistemu sem na Marsu!
Scenario evolucije vodenog leda na južnom polu nakon poslednjeg Marsovog precesionog ciklusa.
ŠVAJCARSKI SIR
Dok je Marsova severna kapa relativno glatka površina koja podseća na 'švapski' sir, dotle južna kapa ima veće pukotine i korita sa ravnim brdašcima ('mesama') te podseća pomalo na švajcarski sir. Gornji sloj Marsove južne kape je erodirao u vidu 'mesa' (brdašca) zaravnjenih vrhova sa kružnim depresijama. Osmatranja koja je 2001. sproveo 'Mars Orbiter' pokazala su da su se neke ivice leda povukle u proseku za tri metra od snimanja 1999, odn. tri metra za jednu Marsovu godinu. Interesantno je objašnjenje da su okrugle tvorevine u ledu povezane sa kretanjem Sunca na nebu.Tokom leta, Sunce se kreće po nebu, ponekad čak 24 sata svakog dana, krećući se odmah iznad horizonta. Kao rezultat, zidovi okruglih depresija primaju intenzivnije Sunčeve zrake nego dna,; oni se tope više nego dna. Taj proces otapanja i očvršćavanja se ponavlja, dok dva ostaju ista.
Donje slike prikazuju zašto površina podseća na švajcarski sir; vidljive su razlike u toku dvogodišnjeg perioda.
Kružne depresije na južnom polu imaju oko 4 km u prečniku. Prvi put su upale u oči još 70-ih, ali se još uvek debatuje da li se radi o udarnim kraterima ili o običnim depresijama.Prikazane su 4 slike snimljene u 4 različite prilike. Click to see at full size.
DEUTERIJUM U KAPAMA
Postoje posredni dokazi da je u prošlosti Mars imao dovoljno vode da stvori globalni okean dubok oko 150 metara. To je utvrđeno merenjem odnosa deuterijuma (HDO) i H2O u severnoj polarnoj kapi. U martu 2015. tim naučnika je utvrdio da se u polarnoj kapi nalazi osam puta više deuterijuma, 'teške vode', nego u vodiokeana na Zemlji. To znači da je Mars do sada izgubio oko 6,5 puta veću zapreminu vode nego što je ima danas u kapama. Okean se verovatno nalazio u Vastitas Borealis i nizijama Acidalia, Arcadia i Utopia. Smatra se da je okean pokrivao oko 20% površine planete.
Replikant Roy Batty kaže: 'I've seen things you people wouldn't believe. Attack ships on fire off the shoulder of Orion. I watched C-beams glitter in the dark near the Tannhäuser Gate. All those moments will be lost in time, like tears in rain. Time to die...'
[1] Da, na Marsu postoji smena godišnjih doba. Naime, Marsova godina traje 1,88 naših, pa su i godišnja doba duža. Na severnoj polulopti, proleće traje 7 meseci, leto 6 meseci, jesen 5,3 meseca a zima malo duže od 4 meseca. Kod nas su godišnja doba jednaka jer je naša orbita oko Sunca skoro kružna, dok je kod Marsa malo drugačije,
[2] Termodinamički proces (suprotan od sublimacije) u kome gasovi prelaze u čvrsto stanje ne prolazeći kroz tečnu fazu.
[3] U nedavno objavljenoj proči '40 godina od programa VIKING' objasnio sam:
'Pošto na Marsu ne postoji referentnih 0 metara nadmorske visine, onda se u tu svrhu koristi prosečna visina Marsovog tla. Poluprečnik takvog areoida je 3.396 km (pritisak 6,1 mbar), i to je ono što je kod nas 0 metara nadmorske visine. "Viking 1" je sleteo 3,63 km ispod prosečne visine, a "Viking 2" na 4,49 km.'
[4] Ne znam da li mi imamo naš astronomski izraza za ovo, (a engl. 'obloquity'). To je nešto sasvim drugo od orbitnog nagiba ('inklinacije', i) – to je ugao između ravni rotacije planete i referentne ravni. Mars rotira u ravni koja je u odnosu na ekliptiku zauzima ugao od 1,85°, a Zemlja 0°.
