A Mars felszínén található különös, kígyószerű barázdák, amelyek a homokdűnék oldalán húzódnak végig, régóta foglalkoztatják a tudósokat. Ezek az alakzatok elsőként 1999-ben kerültek észlelésre, és azóta számos elmélet született keletkezésük magyarázatára. A legújabb kutatások azonban végre fényt derítenek ezeknek a rejtélyes formáknak az eredetére: a jelenséget a szárazjég (szilárd szén-dioxid) robbanásszerű szublimációja okozza, amely úgy hatol be a dűnék oldalába, mint egy vakond, miközben eltávolítja a homokot maga körül.
A Mars homokdűnéinek titokzatos barázdái
Az elmúlt több mint két évtized során a Mars homokdűnéin megfigyelt barázdák kialakulásának magyarázata többször változott. Kezdetben úgy vélték, hogy ezek az alakzatok szezonális vízfolyások eredményei lehetnek. Azonban mára világossá vált, hogy nincs bizonyíték arra, hogy folyékony víz folyna a Mars felszínén – és valószínűleg nem is fogunk ilyen bizonyítékot találni a közeljövőben.
Szárazjég szublimációja – az alternatív magyarázat
2013-ban egy új elmélet jelent meg: a barázdák kialakulását nem víz, hanem a szén-dioxid jég (szárazjég) szublimációja okozhatja. Ez azt jelenti, hogy a szárazjég közvetlenül gázzá alakul át anélkül, hogy előbb folyékony halmazállapotba kerülne, miközben lecsúszik a dűnék oldalán. Bár az első kísérletek ezt az elképzelést alátámasztották, nem sikerült reprodukálniuk minden megfigyelt jellegzetességet, különösen a kígyószerűen kanyargó formákat.
Új kísérletek az Open University Mars-kamrájában
Lonneke Roelofs és munkatársai az Utrecht Egyetemről nem elégedtek meg az addigi eredményekkel. Korábbi kutatásaik során már használták az Open University Mars-kamráját – egy zárt környezetet, amely képes szimulálni a marsi körülményeket –, hogy bemutassák, miként képes a CO2 gáz tömeges kiáramlásokat generálni meredek kráterfalakon.
Most ismét ehhez a speciális berendezéshez fordultak: beállították úgy, hogy utánozza a Mars vékony és hideg légkörét. A kísérlet során különböző dőlésszögű homokoldalakra helyeztek szárazjég blokkokat, majd nagysebességű kamerával rögzítették mozgásukat és hatásukat.
A dőlésszög szerepe és az új felfedezés
Az eredmények szerint 25 foknál meredekebb lejtőkön a szárazjég egy gázzal kitöltött párnán siklik lefelé, és csak halvány nyomot hagy maga után – ez megfelel korábbi megfigyeléseknek. Ám ha a lejtő dőlésszöge 22,5 fok alatti volt, akkor a jég részben beásta magát a homokba.
Ebben az esetben a szublimációs folyamat olyan erővel lökte ki a homokot, amely pontosan megegyezett azokkal az alakzatokkal, amelyeket eddig csak a Marson figyeltek meg. Ezek közé tartozik:
- a kígyószerűen kanyargó nyomvonalak (sinuozitás),
- a magas és jól elkülönülő gátak (levelek),
- valamint egy kis üreg vagy zsebforma a nyomvonal végén.
„Homokféregként” viselkedő szárazjég
Roelofs így meséli élményét: „Különböző dőlésszögeken próbáltuk ki a dűneoldalakat. Egy CO2-jégblokkot ejtettünk le a lejtő tetejéről és figyeltük mi történik. Amikor megtaláltuk az ideális dőlésszöget, láttuk, hogy a jég elkezd beásni magát és lefelé mozog úgy, mint egy vakond vagy akár mint a Dűne című film homokférgei. Egészen furcsa látvány volt!”
A szárazjég fizikai tulajdonságai és működési mechanizmusa
A szárazjég áttetsző anyagként nem csupán visszaveri az optikai és infravörös sugárzást, hanem azok behatolnak belé. Az alatta lévő sötétebb homok vagy kőzet több sugárzást nyel el és hőt bocsát ki infravörös tartományban. Ez az energia nem tud eltávozni könnyen, mert felette ott van maga a jégblokk.
Ahogy az alsó felület felmelegszik, közvetlenül gázzá alakul (szublimál). A keletkező gáz nem tud máshová távozni, ezért felgyülemlik és végül robbanásszerűen kitörve messze repíti maga körül a homokot.
Kísérleti eredmények skálázása és marsi környezethez igazítása
A kutatók számításokat végeztek annak érdekében is, hogy nagyobb jégtömbök esetén is reprodukálható legyen ez a mechanizmus Mars gravitációs viszonyai között. Eredményeik szerint akár egy méter vastag jégtömb is képes lehet akár 13 méterre is kilökni homokot – ami tökéletesen megfelel azoknak az alakzatoknak, amelyeket valójában megfigyeltek.
Ezzel magyarázható továbbá az is, hogy ezek az alakzatok kizárólag finomszemcsés lejtőkön jelennek meg: csak ezeknél működik ugyanis hatékonyan ez az eróziós folyamat.
Marsi légkör és szezonális változások szerepe
A Mars légköre gazdag CO2-ben; télen ez akár 70 centiméter vastag jégréteget képezhet közepes szélességi körökön található dűnemezőkön. Tavasszal ez az összefüggő jégréteg melegedni kezd és szublimálni.
A jég utolsó maradványai általában árnyékos oldalon találhatók meg a dűnetetőkön – innen törnek le blokkok akkor, amikor eléri őket az elegendő hőmennyiség. Amikor ezek eljutnak a lejtő aljáig és megállnak, tovább folytatódik alattuk a szublimáció egészen addig, amíg minden CO2 el nem párolog. Végezetül üreg keletkezik ott ahol korábban állt.
További kutatási irányok és jelentőségük
A kutatócsoport tervezi további kísérletek végzését nagyobb jégtömbökkel és különböző típusú homokkal annak érdekében, hogy még pontosabban feltérképezzék ezt az egyedi folyamatot.
Lonneke Roelofs így foglalja össze:
„A Mars közeli bolygónk és egyetlen sziklás égitestünk azon ‘lakható zónában’, ahol folyékony víz jelenléte lehetséges – ami pedig alapfeltétele az életnek. Ezért itt válaszolhatunk olyan kérdésekre is, mint az élet eredete vagy esetleges földön kívüli élet lehetősége.”
„Más bolygók felszíni formáinak tanulmányozása segít kilépni földi gondolkodási kereteinkből is. Ezáltal új kérdések merülhetnek fel bennünk, amelyek új felismerésekhez vezethetnek saját bolygónkon zajló folyamatokról.”
Összegzés
A Mars homokdűnéin húzódó kígyószerű barázdák titka tehát végre megfejtődött: ezek nem vízzel kapcsolatos eróziós formák, hanem szárazjég robbanásszerű szublimációja által létrejött különleges képződmények. Az új laboratóriumi kísérletek hitelesen modellezték ezt a folyamatot marsi körülmények között is – ezzel újabb fontos lépéssel közelebb kerültünk bolygószomszédunk megértéséhez.
Forrás: Geophysical Research Letters publikáció alapján