Из чего состоит красная пыль на Марсе?

Марс, известный как Красная планета, покрыт мелкой красной пылью, которая придает планете ее характерный цвет. Эта пыль состоит из оксида железа или ржавчины, которая покрывает камни, почву и атмосферу Марса. Понимание состава марсианской пыли является ключом к пониманию геологии, климата и потенциальной обитаемости Марса.

Происхождение марсианской пыли

Красная пыль на Марсе, называемая реголитом, появилась в результате миллиардов лет марсианской геологии. Несколько процессов способствуют образованию реголита:

  • Выветривание пород из-за тонкой атмосферы Марса, низких температур и отсутствия жидкой воды. Это разбивает горные породы на все более мелкие частицы.
  • Вулканические извержения, которые покрывают поверхность пеплом.
  • Удары метеоритов и астероидов, которые разрушают марсианские породы.
  • Химический процесс, называемый окислением, при котором железо в марсианских породах реагирует с атмосферными газами, образуя оксид железа, который придает пыли красный цвет.

Эти процессы разбивают горные породы на мельчайшие фрагменты в течение геологических временных масштабов. Затем мелкая пыль разносится ветрами по всей планете, покрывая всю поверхность слоем реголита толщиной до десятков метров в некоторых регионах.

Состав марсианской пыли

Марсианская пыль в основном состоит из следующих элементов и минералов:

Элемент/Минерал Распространенность
Диоксид кремния 25-45%
Оксид железа 15-25%
Оксид алюминия 5-15%
Оксид магния 5-15%
Оксид кальция 5-10%
Диоксид серы 5-10%

Высокая концентрация оксида железа, также известного как гематит, придает реголиту красноватый оттенок. Сера появляется в результате вулканической активности и варьируется по всей планете. Силикаты отражают базальтовый состав большинства марсианских пород. В целом марсианская пыль очень похожа на вулканический пепел на Земле.

Отличия от земной почвы

Несмотря на некоторое сходство с вулканическим пеплом, марсианская пыль имеет важные отличия от почвы, обнаруженной на Земле:

  • Она чрезвычайно сухая. Вода составляет всего 1-2% реголита по сравнению с ~5% для большинства земных почв.
  • В нем отсутствуют органические материалы. На Земле почва содержит биоматериалы, такие как разложившиеся растения. Считается, что такая органика отсутствует на Марсе из-за сильно окислительных условий.
  • Пыль более мелкозернистая. Большинство частиц меньше ширины человеческого волоса из-за эпох выветривания.
  • У него другая минералогия, оптимизированная для вулканической коры Марса, включая больше оливина.
  • Были обнаружены перхлораты, которые могут понижать температуру замерзания и представлять опасность для жизни.

Эти различия отражают как состав коры Марса, так и отсутствие жидкой воды, которая необходима для биологии и многих химических реакций на Земле.

Пыльные бури

Небольшой размер частиц марсианской пыли позволяет ветрам поднимать их в атмосферу. При правильных условиях могут образовываться глобальные пылевые бури, которые охватывают всю планету. Крупные пылевые бури, как правило, происходят в течение южной весны и лета на Марсе, когда планета находится ближе всего к Солнцу на своей эллиптической орбите. Солнечный свет нагревает атмосферу, усиливая ветры и поднимая больше пыли в петле обратной связи.

Некоторые крупные пылевые бури, зарегистрированные на Марсе, включают:

  • 1971 — Первая глобальная пылевая буря, наблюдавшаяся космическим аппаратом Mariner 9
  • 1977 — Глобальная пылевая буря с предполагаемой скоростью ветра более 110 миль в час
  • 2001 — Глобальный шторм, который закрыл всю поверхность на несколько месяцев
  • 2007 — Умеренный шторм, который отложил тонкий слой пыли, обнаруживаемый с орбиты
  • 2018 — Окутал планету с мая по июль одним из самых густых штормов, когда-либо наблюдавшихся

Эти бури демонстрируют динамическую природу атмосферы и реголита Марса. Пыль может значительно повышать температуру атмосферы за счет поглощения солнечной радиации. Она также влияет на работу марсохода, ограничивая солнечный свет и покрывая солнечные панели пылью. Понимание характера и последствий штормов будет иметь жизненно важное значение для будущих исследований человечества.

Влияние на марсоходы

Мелкая, всепроникающая пыль на Марсе создала проблемы для роботизированных марсоходов, исследующих его поверхность:

  • Сокращение солнечной энергии из-за накопления пыли на панелях. Миссии часто пережидают штормы, пока ветер не очистит панели.
  • Перегрев и повреждение оборудования из-за засорения радиаторов пылью.
  • Истирание движущихся частей во время пыльных бурь.
  • Затенение камер и датчиков из-за покрытия пылью линз и калибровочных целей.
  • Возможное повреждение оборудования из-за проникновения пыли в уплотнения и соединения.

Однако пыль также оказалась полезной, обеспечив мягкую поверхность посадки. Подушки безопасности успешно применялись на Pathfinder, Spirit, Opportunity и Curiosity для смягчения ударов путем сдувания на реголите. Будущие миссии продолжат использовать свойства марсианской пыли, преодолевая при этом ее трудности.

Доказательства наличия воды

Хотя сегодня Марс сухой, доказательства в пыли указывают на то, что когда-то он был более влажным. Результаты включают:

  • Обнаружение кристаллического гематита, который образуется в присутствии воды.
  • Сульфаты и глины, для образования которых требуется жидкая вода.
  • Округлые зерна пыли, указывающие на прошлую эрозию водой.
  • Химические вещества, указывающие на древние подповерхностные жидкости, изменили минералогию.

Эти подсказки подразумевают, что частицы пыли на Марсе выветрились из горных пород и почв, которые вступили в реакцию со значительным количеством воды когда-то в прошлом, когда климат Марса был, вероятно, теплее и влажнее. Хотя сегодня пыль сухая, она дает представление о потенциальной прошлой марсианской среде, которая могла поддерживать жизнь.

Опасности для исследования человеком

Повсеместная марсианская пыль представляет некоторые опасности для будущего исследования человеком и поселения:

  • Пыльные бури могут задержать запуски, ухудшить видимость, повредить оборудование и изолировать экипаж.
  • Риск вдыхания мелкой пыли, которая может быть химически активной в легких.
  • Пыль, электростатически прилипшая к скафандрам, может переноситься внутри среды обитания.
  • Потенциальная токсичность перхлоратных химикатов в пыли для человека.
  • Проблемы истирания для оборудования, включая уплотнения, соединения и движущиеся части.

Однако опасности можно контролировать с помощью тщательной инженерии и процедур. Скафандры, среды обитания и оборудование потребуют надежных систем снижения уровня пыли и очистки. Иногда операции могут приостанавливаться из-за крупных штормов. В целом, пыль создает препятствия, но ни одно из них не может быть преодолено, чтобы позволить людям безопасно исследовать поверхность Марса.

Заключение

Вездесущая красная пыль Марса дает представление о геологии, климате и потенциальной обитаемости планеты. Состоящая из выветренных вулканических пород и оксида железа, пыль покрывает всю поверхность слоем мелкого реголита. Пыльные бури периодически окутывают земной шар, движимые теплом и ветрами. Засушливость, химия и динамика пыли представляют собой проблемы для роботизированных и будущих человеческих исследований. Однако пыль также содержит подсказки о водном прошлом Марса и смягчает посадки с помощью воздушных подушек. С помощью тщательной инженерии и процедур можно управлять опасностями марсианской пыли, чтобы безопасно исследовать и осесть на Красной планете.