Gamle Mars-påvirkninger skabte tornado-lignende vinde, der skurede overfladen

Ved at se på NASA-billeder af Mars for et par år siden, Brown University geolog Peter Schultz bemærkede sæt mærkelige lyse striber, der stammer fra nogle få store kratere på planetens overflade. Striberne er mærkelige ved, at de strækker sig meget længere fra kraterne end normale udstødningsmønstre, og de er kun synlige i termiske infrarøde billeder taget i løbet af Mars-natten.

Ved hjælp af geologisk observation, laboratoriepåvirkningseksperimenter og computermodellering, Schultz og Browns kandidatstuderende Stephanie Quintana har tilbudt en ny forklaring på, hvordan disse streger blev dannet. De viser, at tornado-lignende vindhvirvler - genereret af kraterdannende stød og hvirvlende med 500 miles i timen eller mere - skurede overfladen og sprængte støv og små sten væk for at blotlægge de blokerede overflader nedenunder.

"Dette ville være som en F8-tornado, der fejer hen over overfladen, " sagde Schultz. "Dette er vinde på Mars, som aldrig vil blive set igen, medmindre et andet stød."

Forskningen er publiceret online i tidsskriftet Icarus .

Schultz siger, at han første gang så stregerne under en af ​​hans "ture på Mars." I sin nedetid mellem projekterne, han trækker tilfældige billeder op fra NASA's orbitale rumfartøj bare for at se, om han kan få øje på noget interessant. I dette tilfælde, han så på infrarøde billeder taget i løbet af Mars-natten af ​​THEMIS-instrumentet, som flyver ombord på Mars Odyssey orbiteren.

De infrarøde billeder fanger kontraster i varmetilbageholdelsen på overfladen. Lysere områder om natten indikerer overflader, der bevarer mere varme fra den foregående dag end omgivende overflader, ligesom græsmarker køler af om natten, mens bygninger i byen forbliver varmere.

"Du kunne slet ikke se disse ting i synlige bølgelængdebilleder, men om nattens infrarøde lys er de meget lyse, " sagde Schultz. "Lysstyrke i det infrarøde indikerer blokerede overflader, som holder mere på varmen end overflader, der er dækket af pulver og snavs. Det fortæller os, at der kom noget og rensede disse overflader bare."

Og Schultz havde en idé om, hvad det kunne være. Han har studeret påvirkninger og påvirkningsprocesser i årevis ved hjælp af NASA's Vertical Gun Range, en kraftig kanon, der kan affyre projektiler med hastigheder op til 15, 000 miles i timen.

"Vi havde set nogle ting i eksperimenter, vi troede kunne forårsage disse striber, " han sagde.

Når en asteroide eller et andet legeme rammer en planet med høj hastighed, tonsvis af materiale fra både slaglegemet og måloverfladen fordampes øjeblikkeligt. Schultz' eksperimenter viste, at dampfaner bevæger sig udad fra et nedslagspunkt, lige over anslagsfladen, med utrolige hastigheder. Skalering af laboratoriepåvirkninger til størrelsen af ​​dem på Mars, en dampfanes hastighed ville være supersonisk. Og det ville interagere med Mars atmosfære for at generere kraftige vinde.

Fanen og dens tilhørende vinde forårsagede ikke alene de mærkelige striber, imidlertid. Vanerne bevæger sig generelt lige over overfladen, hvilket forhindrer den form for dyb skuring, der ses i de stribede områder. Men Schultz og Quintana viste, at når fanen rammer en hævet overflade, det forstyrrer strømmen og får kraftige tornadiske hvirvler til at dannes og falde til overfladen. Og de hvirvler, siger forskerne, er ansvarlige for at skure de smalle striber.

Schultz og Quintana viste, at stregerne næsten altid ses i forbindelse med hævede overfladetræk. Meget ofte, for eksempel, de er forbundet med de hævede kamme af mindre nedslagskratere, der allerede var på plads, da det større nedslag fandt sted. Da fanen løb udad fra det større stød, den stødte på den lille kraterkant, efterlader lyse tvillingestriber på modvindssiden.

"Hvor disse hvirvler støder på overfladen, de fejer de små partikler væk, der sidder løst på overfladen, eksponerer det større blokerede materiale nedenunder, og det er det, der giver os disse streger, " sagde Schultz.

Schultz siger, at striberne kan vise sig nyttige til at etablere erosion og støvaflejring i områder, hvor striberne findes.

"Vi ved, at disse blev dannet på samme tid som disse store kratere, og vi kan datere kraternes alder, " sagde Schultz. "Så nu har vi en skabelon til at se på erosion."

Men med mere forskning, stregerne kunne efterhånden afsløre meget mere end det. Fra en foreløbig undersøgelse af planeten, forskerne siger, at striberne ser ud til at danne sig omkring kratere i boldbanen på 20 kilometer på tværs. Men de optræder ikke i alle sådanne kratere. Hvorfor de dannes nogle steder og ikke andre kunne give oplysninger om Mars-overfladen på tidspunktet for sammenstødet.

Forskernes eksperimenter afslører, at tilstedeværelsen af ​​flygtige forbindelser - et tykt lag vandis på overfladen eller undergrunden, for eksempel - påvirke mængden af ​​dampen, der strømmer ud fra et sammenstød. Så på den måde, stregerne kan tjene som indikatorer for, om is kan have været til stede på tidspunktet for et sammenstød, som kunne give indsigt i rekonstruktioner af tidligere klima på Mars. Lige så muligt, stregerne kan være relateret til sammensætningen af ​​stødlegemet, såsom sjældne kollisioner af højflygtige genstande, såsom kometer.

"Det næste skridt er virkelig at grave i de forhold, der forårsager stregerne, " sagde Schultz. "De kan have meget at fortælle os, så følg med."