Американские учёные реконструировали процесс формирования северной полярной шапки на Марсе, опираясь на данные радиолокатора SHARAD станции Mars Reconnaissance Orbiter.

Марсианская северная полярная шапка, площадью в несколько раз превосходящая Техас, представляет собой нагромождение слоёв льда и пыли, общая толщина которого доходит до трёх километров. На её изображениях выделяется так называемый Северный каньон (Chasma Boreale) длиной в 500, шириной до 100 и глубиной до 2 км. Некоторые исследователи считали, что причиной образования каньона стало таяние ледового щита в его нижней части, вызванное вулканической активностью; другие предполагали, что основную роль здесь сыграли полярные ветры.

Ещё одной интересной особенностью полярной шапки, обнаруженной в 1972 году на переданных аппаратом «Маринер-9» изображениях, стали впадины, которые расходятся в стороны от её центра и закручиваются по спирали. Ранее специалисты уже пытались связать появление этих впадин с тем, что при вращении планеты лёд, находящийся ближе к полюсу, движется с меньшей скоростью, чем вещество на границах шапки. Известна и сложная математическая модель естественного формирования впадин при нагреве льда солнечным излучением.

Радиолокатор SHARAD способен «разрешать» слои толщиной в 15–20 м на глубине до 1 км. «На протяжении 40 лет учёные не могли определить точный механизм образования Северного каньона и впадин, поскольку у них не было информации о том, что находится под поверхностью шапки, — говорит Роберто Сеу (Roberto Seu) руководитель научной группы SHARAD. — Теперь такие данные у нас появились».

Как оказалось, обе интересовавшие учёных структуры формировались под действием ветра, причём этот процесс растянулся на миллионы лет и проходил на фоне роста самого ледового щита.

Данные SHARAD говорят о том, что ещё до появления современной полярной шапки на севере Марса находился меньший по размерам купол из пыли и льда с довольно крутыми склонами. Затем при смене климата были созданы условия для расширения шапки, и вокруг исходной структуры начал нарастать новый лёд. У края купола, однако, накопление льда шло медленнее, поскольку ему препятствовали катабатические (направленные вниз по склонам) ветры. Результатом этого стало образование Северного каньона.

Удалось также выяснить, что первые спиралевидные впадины начали выделяться лишь после того, как формирование полярной шапки было завершено примерно на 75%, а «второе поколение» впадин появилось несколько позже, в момент очередной смены климата. Хотя ледовый щит и был относительно ровным, в некоторых местах поверхность была слегка наклонена, и катабатические ветры, поднимая кристаллы льда со склонов, переносили их на некоторое расстояние, а затем, ослабевая, опускали обратно. Это привело к образованию постоянно растущих «дюн» и впадин, которые за последние два миллиона лет значительно увеличили свою глубину и продвинулись на 65 км в направлении полюса. Поскольку темп их миграции прямо связан со скоростью катабатических ветров и нарастания льда, у исследователей появляется возможность разработать более точные модели марсианского климата.

Форма провалов объясняется тем, что воздушные потоки, составляющие катабатические ветры, отклоняются силой Кориолиса. Вследствие этого образующиеся впадины и закручиваются по спирали.

Разрез ледового щита, проходящий через Северный каньон. Снизу — данные, передаваемые SHARAD. (Иллюстрация НАСА / Caltech / JPL / E. DeJong / J. Craig / M. Stetson.)

Стоит заметить, что аналогичное объяснение процессу формирования впадин дал в 1982 году сотрудник Виргинского университета Алан Хауард (Alan Howard), выводы которого основывались на анализе изображений поверхности, полученных аппаратами «Викинг». «У этих снимков было сравнительно низкое разрешение, — говорит участник исследования Айзек Смит (Isaac Smith) из Техасского университета в Остине. — Многие не верили в то, что его гипотеза верна. Однако приведённые в его статье гипотетические поперечные разрезы полярной шапки практически идеально соответствуют данным SHARAD».

Результаты исследования изложены в двух статьях ([1] и [2]), опубликованных в журнале Nature.