Марс может действовать как гигантский планетарный насос

Марс может действовать как гигантский планетарный насос

Поверхность Марса — полна активности с пыльными бурями которые находятся в постоянном движении. Ученые подозревают, что подобная обильная активность может существовать под поверхностью, даже если ее никогда не видели. Теперь в новом исследовании ученые обнаружили, что атмосфера низкого давления Марса и пористая почва обеспечивают прекрасные условия для всей поверхности планеты в качестве гигантского газового насоса, быстро циркулируя газ и пыль на несколько сантиметров выше и ниже почвы.

На Земле не существует аналога этому типу насоса в масштабах планеты. На самом деле, ученые считают, что Марс является единственным органом Солнечной системы, на котором такая масштабная, непрерывная пульсация может происходить естественно. Если это действительно произойдет, как предполагается, пульсация (откачивание) может стать основным механизмом транспортировки водяного пара по поверхности Марса.

Ученые Caroline de Beule и др. из «University of Duisburg-Essen» в Duisburg (Германия) опубликовали свои исследования по поверхности Марса как планетарного газового насоса в недавнем выпуске «Nature Physics».

«Идея того, что марсианская почва действует как планетарный газовый насос, действительно удивила нас», — сказала de Beule. » Мы нашли этот эффект случайно, когда изучали извержения светоиндуцированной пыли в условиях микрогравитации. Так как мы увидели, что эродированные частицы двигаются вниз по поверхности снова без тепловой конвекции, то мы пришли к выводу, что должен быть поток газа в и (что еще более важно) сквозь почву.

» Так, самым большим значением нашей работы является обнаружение потока газа, который есть не только наверху марсианской почвы, но и в ней. До сих пор только диффузия была рассмотрена в качестве транспортного механизма, например, пары воды через почву и, следовательно, как взаимодействие между реголитом и атмосферой. Теперь мы показали, что существует направленный транспортный механизм, который является еще более эффективным, и который приводит к газовым потокам и может, например, «тащить» пары воды вместе с ними» .

Все это стало возможным благодаря низкому давлению поверхности Марса. Хотя Марс и Земля имеют много общего. Одной отличительной особенностью Марса есть то, что он имеет поверхность с очень низким давлением, в среднем 6 мбар , что меньше, чем на 1% от давления поверхности на Земле. Атмосфера на Марсе состоит в основном из диоксида углерода и давление поверхности означает, что молекулы двуокиси углерода имеют длину свободного пробега (то есть, среднее расстояние между последовательными столкновениями друг с другом) 10 мкм .

Важно отметить, что размеры обоих частиц пыли и поры в марсианской почве также порядка 10 мкм . В этих условиях, когда длина свободного пробега сравнима с размером частиц и размером поры, может произойти эффект, который называется тепловой ползучестью. Когда одна сторона поры теплее, чем другая, пора действует в качестве эффективного насоса и транспортирует газ из ее холодной стороны в его теплую сторону.

Ученые считают, что термическая ползучесть может сыграть важную роль в транспортировке газа и пыли на Марсе. При таком сценарии Солнце будет нагревать верхние слои почвы везде, кроме затенений. В этих затененных местах молекулы газа будут всасываться в поры в почве. Затем молекулы газа будут проходить через поры под землей и будут выкачаны и прорваны из нагретой части поверхности.

Чтобы проверить возможность тепловой ползучести, происходящей в условиях, аналогичных на Марсе, исследователи провели эксперименты, которые предполагали сброс образца базальтовой пыли с верхушки башни в Бремене (Германия). Пыль была в вакуумной камере с давлением воздуха в 4 мбар, и ее падение с башни значительно снижает силу тяжести для того, чтобы имитировать условия на Марсе.

В то время как образец пыли падает, крышка — открыта, и пыль освещается и нагревается красным лазером. Лазер вызывает температурный градиент, который «качает» частицы пыли вверх со скоростью около 10 см / сек , а затем частицы пыли двигаются вниз со скоростью 1 см / с. Траектории, которые ученые наблюдали в этих экспериментах, похожи на смоделированные траектории потока газа. Однако, как ученые подсчитали, средняя скорость частиц на Марсе будет ниже — около 1,6 см / сек ( из-за меньшего градиента температуры, чем в экспериментах).

» В связи с тем, что Марс, возможно, был пригоден для жизни несколько миллиардов лет назад, нынешний годовой цикл водяного пара отражает современное и прошлое поведение воды, и поэтому является ключевым относительно возможных условий для прошлой жизни на Марсе».

Исследователи добавили, что есть много других интересных аспектов этих результатов, которые они планируют продолжить изучать в будущем.

» Наши планы на будущее — изучить поток газа через пористый материал, анализируя композиционные влияния на эффективность (пористость пыли или размеры зерна)», — сказал de Beule. » Отыскивая подходящие условия для Марса, поток газа, возможно, можно достичь даже в метре под поверхностью. Кроме того, поток газа через пористый материал в среде низкого давления может рассматриваться не только для Марса, но, например, на других телах в протопланетных дисках, где пористое тело подвергается воздействию света солнца, и поток газа через освещаемые поверхностные детали может влиять на вращение и траекторию. Как видно , перечень потенциальных применений очень длинный, и мы рады исследовать детали этого эффекта».

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

╨Ъ╨╛╨╝╨╝╨╡╨╜╤В╨░╤А╨╕╨╕ ╨╖╨░╨║╤А╤Л╤В╤Л.