Рисунок дюн расскажет о геологической истории планет Солнечной системы

4 августа 2023 года | Международная

Геологи и планетологи из Стэнфордского университета с коллегами из других университетов предложили способ описания и интерпретации узоров, которые образуются на дюнных полях Земли, Марса и других небесных тел. Модель позволяет исследовать геологическую историю планеты и изменения атмосферы. Особенно это важно для Марса и спутника Сатурна Титана, где готовятся высадки космических миссий.

Дюны — длинные холмы из песка. Они двигаются. Они бывают совсем небольшие, но некоторые достигают гигантских размеров — более километра в высоту и сотни километров в длину. Дюны формируются под воздействием ветра. Их форма зависит от рельефа. Они есть повсюду в Солнечной системе, где есть песок и есть атмосфера — на Земле, на Марсе, на Венере, на Титане, на Ио, даже на Плутоне.

Несмотря на разнообразие дюн, их форма подчиняется одним и тем же законам. Просто глядя на марсианские дюны, мы можем судить, например, о ветрах на этой планете. Понимая динамику формирования дюн, мы можем заглянуть в их историю.

В течение десятилетий учёные исследовали процессы формирования дюн. Геологи и планетологи из Стэнфорда с коллегами из других университетов предложили способ описания и интерпретации узоров, которые образуются на дюнных полях Земли и Марса.

«Когда вы смотрите на другие планеты, у вас есть только снимки, сделанные с расстояния в сотни и тысячи километров от поверхности. Вы можете увидеть дюны, но это все. У вас нет доступа к поверхности», — говорит старший автор исследования Матье Лапотр. — «Наши результаты дают новый инструмент для расшифровки истории других планет».

Учёные проанализировали спутниковые снимки 46 дюнных полей на Земле и Марсе и изучили, как дюны взаимодействуют друг с другом, как они обмениваются песком. Физически взаимодействие дюн проявляется там, где их гребни соприкасаются. Под воздействием ветра и определённых условиях рельефа дюны постепенно формируют структуры, которые находятся в равновесии со средой.

В небольшой части китайской пустыни Тенгер во внутренней Монголии китайские исследователи в 2008 году выровняли дюнное поле площадью 160 000 кв м. Другой эксперимент был поставлен на границе пустыни Гоби — там площадка была поменьше — 7 500 кв м. Авторы нового исследования проанализировали спутниковые снимки дюнного поля с 2016 по 2022 год, чтобы проследить, как оно превращалось из плоского ложа в крупные дюны, находящиеся в равновесии с окружающей средой.

Состояние плоского ложа не является устойчивым. Из-за ветра и рельефа песок сразу начинает двигаться, стараясь прийти в равновесие со средой. Формировались многочисленные мелкие дюны, которые, сталкиваясь и взаимодействуя, росли. «Плотность взаимодействия сначала была высокой, и со временем мы увидели, что она снижается», — сказал Лапотр.

Подобная картина наблюдается и на Марсе, где большое дюнное поле расположено в районе северного полюса. Там мигрирующие дюны остановились в состоянии равновесия с нынешними условиями. Они достаточно далеко разнесены, имеют похожую форму, имеют одинаковый размер и практически не взаимодействуют друг с другом.

«Используя наши модели, мы можем оценить время, которое потребуется дюне для адаптации к изменениям условий окружающей среды. Мы можем оценить и скорость миграции дюны на расстояние в одну длину дюны», — говорит соавтор работы Колин Марвин. — «Мы можем использовать эти оценки для диагностики недавних изменений окружающей среды на планетах и спутниках».

Лапотр добавил, что понимание изменений климата Марса на основе анализа современных дюн может помочь учёным лучше определить, например, широты и глубину, где будущие астронавты смогут найти водяной лёд.

На спутнике Сатурна Титане очень важна информация о распределении и миграции дюн в районе экватора, вблизи того места, где в середине 2030-х годов должна совершить посадку миссия Dragonfly.

«Топография дюнных полей может рассказать о многом, например, о геологической истории планеты. Есть ли на Титане тектоника? Как устроены недра Титана? Существует ли значительная эрозия?» — говорит Лапотр. — «Интерпретация рисунка дюн может помочь специалистам самых разных направлений. Вы смотрите на картину дюн и как бы отматываете время назад, чтобы понять как эти дюны сформировались. Но, понимая ограничения среды, при которых дюны стали именно такими, вы можете сделать достаточно далёкий прогноз на будущее: как они будут меняться и будут ли вообще».

Планеты и спутники имеют различные размеры, гравитацию, температуру и состав. Геологические процессы на них протекают по-разному. По сравнению с марсоходом, который приземляется на одну точку планеты для сбора информации, спутниковые данные о целых дюнных полях могут значительно расширить понимание учёными этих внеземных тел. Но наше понимание геологической истории Земли, исследование дюн тоже может расширить.

— Источник цитирования