Исследование волнистых дюн нашей солнечной системы

Nov 13, 2023

Песчаные дюны проносятся по Солнечной системе, создавая заносы на любом мире, даже при малейшем намеке на ветерок. Некоторые из них похожи на знакомые нам объекты на Земле и состоят из кусочков камня или льда, а некоторые кажутся гораздо более инопланетными, построенными исключительно из органического материала. От Марса до Плутона и крошечных комет, широкое разнообразие дюн, которые видят ученые, может помочь уточнить нерешенные вопросы о том, как дюны формируются на Земле, а также предоставить информацию о прошлых и настоящих условиях в далеких мирах.

Изучение структуры дюн может дать не только представление о составе поверхности тела, но и намекнуть на его атмосферную историю. Из-за более тонкой атмосферы сложнее выбрасывать частицы в воздух, поэтому древние дюны могут показать, как песок шел с неба, когда более густые газы покрывали мир. Это может иметь решающее значение для таких тел, как Марс, чья огромная атмосфера медленно уходила с течением времени, и Плутон, плотность атмосферы которого растет и уменьшается по мере его движения вокруг Солнца.

Как построить дюну

На Земле песок обычно образуется в результате эрозии кварца. Но он также может включать ракушки, кораллы, карбонаты, вулканический пепел и даже лед. Это означает, что песок может образовываться и оседать не только на пляжах и в пустынях, но и в замерзших пустошах Антарктиды. Более того, определение песка не имеет ничего общего с составом, а связано только с размером и способом его транспортировки: частицы достаточно малы и легки, чтобы их можно было поднять в воздух. На Земле это от 0,0025 до 0,08 дюйма (от 0,06 до 2 миллиметров) в диаметре. В других мирах с меньшей гравитацией частицы песка могут быть крупнее.

Итак, как перейти от песчинок к колеблющимся дюнам? Ключ к дюнам – ветер. «Пока существует движение молекул воздуха, мы… в конечном итоге получаем эоловое поле» или ландшафт, созданный ветром из песка, — говорит Яни Радебо из Университета имени Бригама Янга в Юте. (Эолийский относится к греческому богу ветра Эолу.)

Несмотря на разнообразие состава, все дюны на Земле формируются примерно в одинаковых условиях и ограничиваются в первую очередь гравитацией, которая влияет на то, насколько далеко может летать песок. Глядя на широкое разнообразие миров Солнечной системы, покрытых дюнами, ученые надеются разобраться в мельчайших деталях того, как формируются и перемещаются песчаные дюны. Основная идея проста: ветер переносит песок по поверхности, в конечном итоге собирая его в дюны. Но именно в деталях все становится запутанным. Следует ли песок гидродинамической модели, путешествуя по воздуху так же, как он плывет по воде, создавая дюны, созданные из воды? Или он подчиняется модели ударного механизма, когда первая песчинка, поднятая ветром, поднимает другие песчинки, которые поднимаются еще больше?

По словам Серины Диньеги, исследователя Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, на Земле эти две модели трудно различить, потому что их предсказанные результаты очень похожи. Но изменение давления воздуха и гравитации — скажем, путем строительства дюн в другом мире — должно дать лучшее понимание того, какая модель верна. «Обнаружение дюн на других телах и в других условиях помогает различать модели, которые мы не смогли бы протестировать на Земле», — говорит она.

К счастью, в Солнечной системе много дюн.

В начале 1970-х годов находившийся на орбите «Маринер-9» НАСА, казалось, показывал Марс как мертвый, неизменный мир, похожий на земную Луну. Только когда несколько лет спустя миссии «Викинг» начали снимать изображения Красной планеты с более высоким разрешением, изображения показали активные процессы, включая песчаные дюны.

Большая часть марсианского песка имеет вулканическое происхождение. Скалистый базальт, выброшенный взрывом из уже давно потухших вулканов, за миллионы лет превратился в частицы диаметром от 0,002 до 0,02 дюйма (от 0,05 до 0,5 мм). Вода, которая, возможно, ненадолго текла по поверхности в далеком прошлом, потенциально могла превратить часть скалистого материала в песок, но сегодня ветер является наиболее распространенным источником эрозии. Однако ветер неэффективен по сравнению с водой, когда дело доходит до разрушения камня в песок. Возникает вопрос о том, насколько стар марсианский песок: образовался ли он весь, когда вода текла по поверхности, или же песок все еще образуется сегодня? По крайней мере, часть песка перерабатывается, поскольку выветренные частицы образуют осадочные породы, которые позже снова превращаются в песок (Диньега предполагает, что большая часть песка так и происходит), но после того, как частицы песка сталкиваются достаточное количество раз, они распадаются на пыль, которую геологи обычно определяют как частицы. меньше примерно 0,0025 дюйма (0,06 мм). Таким образом, тот факт, что на Марсе все еще есть песок, предполагает либо низкое движение дюн (небольшое количество столкновений), либо эрозию, продолжающуюся сильнее, чем предполагается в настоящее время.