Spiralne żleby w czapach polarych na Marsie zostały uznane za jedne z najbardziej tajemniczych form terenu w Układzie Słonecznym. Głębokie wąwozy rozwijają się z biegunów północnego i południowego Czerwonej Planety na przestrzeni setek kilometrów. Na żadnej innej planecie nie zaobserwowano takich struktur.

Nowy model opisujący powstawanie tych struktur, stworzony przez profesora Jona Pelletiera z Uniwersytetu w Arizonie w Tucson, sugeruje, że do ich formacji wystarczył proces ogrzewania i chłodzenia. POprzednie teorie skupiały sie wokół cykliczengo topnienia i mrożenia się podłoża, ale wymagały również działalności wiatru lub ruchów pokrywy lodowej.

„Zasosowałem szczególne wartości parametrów charakterystyczne dla Marsa i ukazały się spirale, które miały dokładnie taki sam kształt co marsjańskie” – mówi Pelletier. – „Dokładnie takie same odstępy, krzywiznę, dokładnie tak samo położone wzgledem siebie„.

Raport z symulacji, zatytułowany „W jaki sposób na Marsie powstają spiralne żleby” ukaże się w kwietniowym numerze „Geology„. Na okładce magazynu znajdzie się ilustracja przedstawiająca wyniki jednej z symulacji Pelletierego.

Spirale zostały po raz pierwszy zauważone przez sondę Viking w 1976 roku.

Pelletier jest geomorfologiem, którego przedmiotem badań są formy terenu takie jak wydmy czy kanały rzeczne. Zajmuje się formami naturalnymi, które wykazuja się pewną regularnością.

Pod te zainteresowania podpadają spirale, a zbierając dane na temat struktur matematycznych odnajdywaych w biologii, naukowiec natknął się na spieralnie ukształtowane śluzowce. Zaczął więc się zastanawiać, czy równania matematyczne, które opisują proces wzrostu śluzowca mogą znaleźć zastosowanie w modelowaniu procesów geologicznych.

„Istenieje procedura, pozwalająca otrzymać spirale” – mówi Pelletier. Naukowiec wykorzystał ją więc, uwzględniając dane opisujące sytuację na Marsie.

Temeratury na Marsie utrzymują się przez większą część roku poniżej temperatury zamarzania. Przez którki okres w lecie temperatura czap lodowcowych staje się jednak na tyle wysoka, że lód troszeczkę się topi.

Pelletier zaproponował następujace wyjasnienie: podczas tego okresu ściany pęknięć i szczelin w powierzchni lodu, które są zwrócone w stronę Słońca zaczynają się topić poszerzając i pogłębiając szczelinę. Równocześnie ciepło słoneczne penetruje cały lód.

Należy zauważyć, lód na Marsie w zasadzie nie topnieje a sublimuje, mieniając się od razu w parę a nie w wodę. Para wodna po zetknięciu się z zimną ocienioną ścianą małego wąwozu kondensuje się i zamarza ponownie. W ten sposób szczelina poszerza się i pogłębia, ale jej jedna ściana zawsze pozostaje zimna.

„Temeratura otoczenie na Marsie jest w sam raz odpowiednia, by powstały takie formy. To stwierdzenie nie jest prawdziwe dla całego Układu Słonecznego. Spirale powstają dlatego, że topnienie koncentruje się w szczególnym miejscu„. Kluczem do powstania spiral jest naprzemienne topnienie i zamarzanie.

Pelletier dodał matematyczny opis cykli podgrzewania i chłodzenia do równania generującego spirale i uruchomił symulacje komputerowe, które pozwoliły zobaczyć, co dzieje sie po tysiącach takich cykli. W modelu uwzględiony został jedynie proces topnienia i zamarzania czap lodowcowych.

University of Arizona

Wynik symulacji wyjaśniających powstanie spiralnych struktur w czapie lodowej na Marsie.

Otrzymane komputerowo wzory idealnie pasują do spiral na Marsie, odzwierciedlają nawet niedoskonałości spiral marsjańskich.

„Model doskonale przewidział odstęp pomiędzy tymi tworami, ich karzywiznę oraz proces powstawania” – mówi naukowiec. – „W planetologii wiele polega na inteligentnym zgadywaniu, które ma wyjaśnić co widzimy. Nie możemy tam iść, nie możemy wykonać eksperymentów w tamtejszych warunkach” – kontynuuje. – „Rozwój modeli numerycznych pozwala na stawianie mocnych hipotez na temat powstawania, tego co widzimy. Komputery pozwalają również sprawdzić te przypuszczenia„.