nlivosť sklonu rotačnej osi Marsu, oveľa výraznejšia ako v prípade rotačnej osi našej Zeme.
Sonda NASA Mars Reconaissance Orbiter (MRO) obieha Mars od roku 2006. Spoločnosť jej robí ďalšia americká sonda Mars Odyssey a európska Mars Express.
Príchod zimy na severnej pologuli Marsu nedávno prudko znížil množstvo energie pre slnečné panely, čo ukončilo misiu sondy NASA Phoenix na povrchu. Pozornosť vedcov i médií sa opäť presunula k MRO. Zaslúžene, kombinácia aparatúr na jej palube sľubuje veľmi zaujímavé poznatky.
Umelecká vízia sondy MRO nad oblasťou Marsu so zvrstvenými sedimentami.
Ilustrácia: NASA/JPL
Po ľadovcoch obrovské schodiská
Potvrdilo sa aj to pred tromi týždňami, keď vedci na základe údajov jej radaru SHARAD (SHAllow RADar čiže Radar pre sondovanie podpovrchových vrstiev) oznámili objav obrovských ľadovcov na Marse (písali sme o tom v tejto sekcii 21. 11. 2008). Utvorili sa zrejme počas dávnych ľadových dôb. Pred slnečným žiarením ich uchránili závaly kameňov z blízkych útesov a náveje prachu.
Najnovší objav MRO, tentoraz vysokocitlivou kamerou HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment, čiže Vedecký experiment využívajúci zobrazovania s vysokým rozlíšením) sa nesie v tom istom duchu, hoci nejde o ľadovce, ale o sedimenty.
MRO skúmala v kráteroch na západe oblasti Arabia Terra zvrstvené sedimenty. Vzbudzujú dojem ukladadania v dlhodobých klimatických cykloch. Ide o série desiatok a stoviek vrstiev, až sa nedá ubrániť ich prirovnaniu ku „schodisku obrov". Na každej planéte platí, že najlepšie ilustrujú dlhodobý vývoj povrchových a všeobecne environmentálnych podmienok práve sedimenty.
Výšková mapa Marsu s oblasťou Arabia Terra nad stredom (zelená). Dole je farebná škála relatívneho prevýšenia voči strednej hodnote polomeru planéty - tá na Marse nahrádza morskú hladinu ako vzťažnú úroveň.
Foto: NASA/JPL/MOLA
Podstavcové krátery
Arabia Terra je vysočinná oblasť. Pomenoval ju tak v 19. storočí známy pozorovateľ Marsu, taliansky astronóm Giovanni Schiaparelli. Pripomínala mu - ako neostrá, inak ako okolie sfarbená šmuha v ďalekohľade - rovnomenný polostrov.
Má nepravidelný tvar s najväčšou uhlopriečkou asi 5000 kilometrov. Stred oblasti leží na 23. stupni severnej šírky a 5. stupni východnej dĺžky (areografických čiže „marsografických"), severovýchodne od známych kaňonov Valles Marineris a východne od miesta pristátia Vikingu 1.
Medzi jej okrajmi sú však výškové rozdiely viac ako štyri kilometre. Najvyššia je na východe a juhu. Je to jeden z geologicky najstarších terénov na planéte, veľmi husto pokrytý krátermi rôznych veľkostí a silne zerodovaný. Popri kráteroch túto oblasť pretínajú mohutné kaňony, ktoré zväčša ústia do severných planín Marsu.
V Arabii Terra sa vyskytuje mnoho tzv. „kráterov s podstavcami", od ktorých materiál vyvrhnutý pri ich vzniku neodletel ďaleko, ale bezprostredne okolo nich vytvoril val, neraz s ostrými útesmi na vnútornej aj vonkajšej strane. Vnútro kráterov je tak sčasti izolované od veľkomeradlových geologických procesov v okolí. To z nich robí vynikajúce prostredie na ukladanie i zachovanie sedimentov.
Ukážka podstavcového (pedestal) kráteru v Arabia Terra.
Foto: NASA/JPL
Ponor do hlbokej minulosti
Sedimenty sú známe na mnohých miestach Marsu a na niektorých ich tam už skúmali aj robotické vozidlá. Zväčša sú však vedci stále odkázaní na sondy z orbity. MRO s HiRISE pozorovala spomenuté „schodiská", rozsiahle pásma svetlých zvrstvených sedimentov vnútri štyroch kráterov na západe Arabia Terra: kráterov Becquerel, Crommelin a dvoch nepomenovaných. S rozlíšením asi jedného metra a v stereo móde.
Vďaka tomu sa dala spoľahlivo stanoviť trojrozmerná stavba, presná orientácia a hrúbka vrstiev. Planetárni geológovia zvrstvenia sedimentov objavili aj v severnej polárnej čiapočke Marsu a pokúsili sa ich vysvetliť vplyvom pomerne nedávnych cyklov zmien prvkov pohybov Marsu - jednak jeho obežnej dráhy okolo Slnka, jednak jeho rotácie.
Zvrstvené sedimenty v Arabia Terra sú naopak očividne veľmi staré. Napriek sčasti chránenej polohe v kráteroch predsa len zerodovali. Predovšetkým účinkom vetra cez obrusovanie čiastočkami hornín a prachu, ktoré prenáša. Z pôvodného uceleného súvrstvia sedimentov na dnách kráterov napokon zostali len stupňovité kopčeky, vysoké niekoľko sto metrov.
Zvrstvené sedimenty v nepomenovanom kráteri na západe Arabia Terra. Šírka záberu je približne 1 kilometer.
Foto: NASA/JPL/University of Arizona
Od vrstiev ku zväzkom
Krátery so sedimentami na západe Arabia Terra ležia od seba dosť ďaleko v rámci plochy vyše 1000 x 500 kilometrov. Najväčší je Becquerel s priemerom 167 kilometrov. V západnej Arabii Terra sa zrejme na tvorbe sedimentov nepodieľali veľké telesá kvapalnej vody, ako sú jazerá. Spôsob ich ukladanie určovali atmosférické podmienky a veterná erózia, čo poukazuje na malú súdržnosť („skamenenie") ich materiálu.
Doktorand Kevin Lewis z Kalifornského technologického inšitútútu v Pasadene (USA) s piatimi kolegami premenil zábery HiRISE z MRO na digitálne modely terénu. Overil ich pomocou údajov získaných laserovým výškomerom s presnosťou lepšou ako jeden meter.
V kráteri Becquerel namerali strednú hrúbku vrstiev 3,6 metra, v kráteri Crommelin 19,6 metra a vo zvyšných dvoch nepomenovaných kráteroch 9,7 a 12,6 metra. Sedimenty zjavne majú ešte jemnejšie členenie, ale na ich rozlíšenie zatiaľ nestačí ani HiRISE. V kráteri Becquerel sa však prejavilo naopak aj zoskupovanie vrstiev do zväzkov po desiatich, teda hrubých približne 36 metrov. Vedci to oznámili v časopise Science.
Cyklické ukladanie sedimentov do vrstiev a tých zasa do zväzkov v kráteri Becquerel.
Foto: NASA/JPL/University of Arizona
Otázky, samé otázky
Odlišné hrúbky a usporiadania sedimentov v jednotlivých kráteroch poukazujú, že vznikali samostatne. No zjavne za tým bola tá istá príčina, iba na rôznych miestach pôsobila rôzne. Aká?
Odpoveď sa skrýva v okrajoch vrstiev, ktoré vymedzujú rozdielne vplyvy erózie. Z orbity o nich ale ani MRO veľa neprezradí. Menilo sa zloženie, alebo proces spevňovania sedimentu? Alebo ho občas bolo viac a keď ho naopak - po väčšinu času - bývalo menej, lepšie sa spevňoval? Oboje na pozadí trvalého ukladania. No ak má byť usporiadanie vrstiev cyklické, priemerný rozsah ukladania sedimentu musí byť v každom cykle zhruba rovnaký. Na to všetko by odpovedala iba sonda priamo na povrchu.
Tu však narážame na jednu z dilem výskumu Marsu sondami. Najzaujímavejšie sú totiž oblasti s členitým terénom. Nechať v nich ale pristáť sondu si zatiaľ nik netrúfa, lebo v takom teréne by sa mohla poškodiť či úplne zničiť. (V hre je technika za stovky miliónov až niekoľko miliárd dolárov.)
Riešením budú robotické prieskumné vozidlá schopné diaľkových presunov, lepšie ako Spirit a Opportunity, ktoré sú na Marse od januára 2004. Sonda pristane na rovine a vozidlo vyrazí do kopcov, kráterov, kaňonov, kanálov či ľadových polárnych čiapočiek.
Zvrstvené sedimenty v nepomenovanom kráteri na západe oblasti Arabia Terra pri pohľade z počítačom upravenej perspektívy. Rozlíšenie je približne 1 meter na obrazový prvok (pixel), vertikálny rozmer je dvojnásobne posilnený, aby lepšie vynikli prevýšenia.
Ilustrácia: NASA/JPL/University of Arizona
To isté, ale na inom mieste a z iného uhla...
Ilustrácia: NASA/JPL/University of Arizona
...a do tretice.
Ilustrácia: NASA/JPL/University of Arizona
Odpoveď z vesmíru
Napriek stále nejasnej podstate procesu vrstvovitého ukladania sedimentov v Arabia Terra možno povedať, že pravidelnosť vrstiev vylučuje ako príčinu vulkanizmus a dopady telies z vesmíru. Chýbajúce stopy pôsobenia tečúcej vody zasa ich vznik záplavami či napĺňajúcimi sa a vysychajúcimi jazerami.
Z poznatkov o analogických zvrstveniach na Zemi vyplýva cyklický mechanizmus ukladania sedimentov. Na Marse sa dá na rozdiel od Zeme, kde je dôležité prelínanie pohybov atmosféry, oceánov, ľadovcových štítov na póloch a biosféry, takmer vylúčiť vnútorný mechanizmus.
Zostáva vonkajší: vplyvy astronomických pohybov planéty, cyklických zmien prvkov jej obehu okolo Slnka a rotácie okolo vlastnej osi. Tie dlhodobo výrazne menia podmienky na tej-ktorej časti povrchu, čiže aj režim ukladania sedimentov. Pozorovaná hrúbka vrstiev v Arabia Terra zodpovedá najmenej niekoľkotisícročným cyklom, lebo na Marse sa ročne ukladajú mikrometre prachu, čo ale platí iba pre súčasnosť, z ktorej máme priame merania vďaka sondám. Na pozorované vrstvy by stačil dlhodobý priemer okolo 100 mikrometrov ročne.
To isté ako na videu, ibaže vo farbe.
Foto: NASA/JPL/University of Arizona
V princípe: Ako na Zemi, tak na Marse
Kľúčovú úlohu vo vysvetlení tu hrajú zväzky vrstiev v kráteri Becquerel. Podobné sa vyskytujú aj na Zemi, ale tvorí ich iba päť vrstiev. Zodpovedá to pomeru piatich 25-tisícročných cyklov precesie zemskej osi (jej krúživý pohyb, ako pri spomaľujom sa detskom vĺčkovi) k jednému 125-tisícročnému cyklu zmien výstrednosti zemskej dráhy okolo Slnka. V kráteri Becquerel je najmenej desať zväzkov, preklenujúcich stovky metrov sedimentu, pričom pomer zväzku a vrstvy je 10:1. V prípade Marsu má najväčší dopad na globálnu klímu zmena sklonu rotačnej osi. Sklon zemskej osi sa mení od 22,1 po 24,5 oblúkového stupňa počas 41 tisíc rokov. Aktuálne je na 23,4 stupňa. Mars je aktuálne na 25,2 stupňa. Rozpätie zmien sklonu jeho rotačnej osi nikto nestanoví presne, určite sú to ale desiatky stupňov. V dôsledku toho sa musí meniť oblastný slnečný osvit, aj pri rovníku, až o vyše 10 percent. V základnej perióde okolo 100 tisíc rokov, modulovanej s periódami 1,2 a 2,4 milióna rokov. A ako to asi celé funguje?
Pri malom sklone rotačnej väčšina oxidu uhličitého a vodnej pary v atmosfére zmrzne a postupne sa usadí na obidvoch póloch. (Na Marse je viac zmrznutej vody na severnom.) Pri veľkom zahustia atmosféru. Hustejšia atmosféra prenáša viac častíc, čím sa ukladá viac sedimentu. Zväzok vrstiev potom zodpovedá desiatim cyklom zmeny sklonu rotačnej osi Marsu, spojených kratšou z dvojice modulácií. Tých aspoň desať zväzkov v kráteri Becquerel tak vznikalo 12 miliónov rokov. Spevnenie sedimentov vyžaduje isté množstvo vody, aj pri náraste veľkosti prenášaných častíc v hustejšej atmosfére (silnejšie vetry). To poukazuje na aspoň dočasný kolobeh kvapalnej vody na dávnom Marse - vo fázach s hustejšou atmosférou, ktoré mali podobnú periodicitu.
Hlavný zdroj: Science z 5. decembra 2008
