Араниеформы, также известные как «пауки на Марсе», — это таинственные образования на поверхности Красной планеты, расположенные в приполярных областях. Существование этих структур давно связывается учеными с процессом сублимации углекислотного льда в летний период. Подтвердить эту гипотезу стало возможным благодаря проведенным экспериментам, в ходе которых были воссозданы марсианские условия в специальной камере.
Результаты этих опытов опубликованы в рецензируемом журнале Nature Scientific Reports. Их провели специалисты из дублинского Тринити-колледжа (Trinity College), Даремского университета (Durham University) и Открытого университета (The Open University). Для имитации условий марсианской среды применялась барокамера, оснащенная манипуляторами, в которую загружались инертные сыпучие материалы с гранулами различного размера. На поверхность помещали сухой лед, и проводился анализ образовавшихся при его сублимации узоров, вызванных выделением углекислого газа.
Высокоразрешаемое картографирование Марса выявило немало неожиданных открытий. Среди них оказалось не только то, что знаменитое «лицо» является лишь необычной горной формацией. Обширные участки поверхности Красной планеты содержат уникальные структуры, не имеющие аналогов на Земле. Это хаотичные нитевидные образования, напоминающие ветви деревьев или вспышки молний. Иногда эти нити отходят от более темного, округлого центрального объекта.
Объяснение подобных явлений появилось достаточно скоро. В геологическом прошлом, когда атмосфера Марса была более плотной, углекислый газ из нее периодически выпадал на поверхность в виде снега, образуя значительные отложения мерзлоты. Причем это был не водяной лед, как на Земле, а сухой — CO2 в твердой фазе. Летом часть этих пластов начинала сублимировать, выделяя сравнительно большое количество газа. Такие фонтаны увлекали с собой и пыль.
Сублимация сухого льда происходила не только с поверхности слоя мерзлоты, но и снизу, в месте его контакта с грунтом. Проникая сквозь твердый слой, солнечный свет прогревал песок CO2. Между грунтом и льдом формировалась прослойка, заполненная газом, подобно тому, как вода, движущаяся по горячей сковороде. Данный феномен известен как эффект Лейденфроста. После этого газ пробивался через разломы во льду, увлекая за собой небольшое количество легкой пыли.
В конечном счете, значительная доля льда в районах с «пауками» исчезла, а сами эти образования представляют собой остатки давно минувшего процесса. Его активность снизилась, хотя и не прекратилась полностью, и в настоящее время она гораздо меньше, чем была прежде. Несмотря на наличие исчерпывающего объяснения и результаты моделирования, на практике данная теория до недавнего времени не подвергалась проверке.
Суть проведенного эксперимента заключалась в следующем. Использовались блоки сухого льда (твердой углекислоты, CO2) сначала в образцах просверлили сквозные отверстия, а затем поместили их на поверхность, воспроизводящую марсианский песок. Эксперимент проводился в барокамере, где поддерживалось давление, сопоставимое с марсианской атмосферой (6 миллибар). Температура сыпучего материала, симулирующего грунт, превышала точку сублимации диоксида углерода (перехода из твердого состояния непосредственно в газообразное), то есть была выше −78,5 °С. Этот аспект эксперимента воспроизводил нагрев грунта солнечным излучением через слой сухого льда.
В итоге были получены изображения на рыхлых поверхностях, весьма схожие с настоящими марсианскими «пауками». Ветвистость араниеформ (araneiforms) менялась в зависимости от размера гранул материала, имитирующего грунт. Примечательно, что подобные структуры формируются лишь при наличии сухого льда на поверхности грунта или под его тонким слоем. При полном погружении блоков твердого CO2 в рыхлый материал сублимация протекала взрывообразно, и осколки разлетались по всей барокамере.
Данное практическое моделирование не только подтвердило ранее выдвинутую гипотезу о создании таинственных изображений на поверхности Марса. Полученные результаты помогут исследователям глубже понять особенности различных процессов, происходящих и на других небесных объектах, таких как крупные спутники планет-гигантов, например, Европа и Энцелад. Кроме того, анализ структуры образований позволяет косвенно оценивать физические характеристики грунта, что сложно осуществить при дистанционном изучении поверхности с орбиты, в отличие от исследований с использованием посадочного модуля.