Раскрыта тайна марсианских дюн

Люди издавна знают о странных звуках, что слышатся иногда в пустыне или на побережье, где возвышаются груды песка.

Известно, что эти звуки производятся дюнами или барханами в тот момент, когда вниз скатывается лавина, состоящая из мелких песчинок, однако конкретный механизм, за счет которого порождаются эти звуки, до сих пор оставался тайной.

Физикам из Германии и Швейцарии, по всей видимости, удалось раскрыть давнюю тайну марсианских дюн. Проблема состояла в том, что дюны на Марсе выглядят так, как будто они формировались под воздействием ветров, однако нынешняя марсианская атмосфера столь разрежена, что вряд ли способна перемещать огромные массы песка. Тем не менее, новое компьютерное моделирование показало теперь, что ветер все-таки может перемещать дюны на Марсе - только очень и очень медленно, гораздо медленнее, чем на Земле (публикация в научном журнале Physical Review Letters (PRL, см. также соответствующую статью на arXiv.org).

Первоначально дюны на Марсе были обнаружены в 1971 году американской межпланетной станцией "Маринер-9" (Mariner 9). С тех пор выявился один очень любопытный факт: многочисленные марсианские миссии не смогли обнаружить никаких изменений в положении сфотографированных ранее дюн, тогда как дюны на Земле постоянно перемещаются. Это дало некоторым ученым повод считать, что марсианские дюны возникли чрезвычайно давно, тогда, когда атмосфера Красной планеты была гораздо более плотной.

Однако теперь Эрик Партели (Eric Parteli) из Университета Штутгарта (Universität Stuttgart, Германия, земля Баден-Вюртемберг) и Ганс Херман (Hans Herrmann) из Швейцарского федерального технологического института (Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará) в Цюрихе выяснили, что марсианские дюны все-таки могут формироваться и перемещаться в условиях современного Марса. Они выполнили ряд компьютерных симуляций формирования двух различных типов дюн, обнаруженных на этой планете - по форме напоминающих "стрелки" всем известных барханов в земных пустынях (которые формируются тогда, когда ветер дует главным образом в одном направлении) и удлиненных "экзотических" дюн, которые образуются тогда, когда ветер переменный и дует в двух разных направлениях.

Предположив, что песок подвергается серьезному воздействию порывов ветра в течение лишь 40 секунд каждые пять лет (условия, которые соответствуют наблюдениям, проведенным марсианскими зондами), ученые подсчитали, что "экзотические" дюны могли сформироваться из барханов за 10-50 тысяч лет. При этом потребовалось бы приблизительно 4 тысячи лет на то, чтобы дюна переместилась на один метр. Поэтому совсем не удивительно, что перемещений дюн на Марсе до сих пор не было зарегистрировано.

В основе моделирования перемещения дюн лежит процесс, именуемый сальтацией (это скачкообразное перемещение частиц в воде или в воздухе). Посредством этой "сальтации" песчинка поднимается и перескакивает на новое место. Время от времени под воздействием одной-единственной песчинки происходит своего рода "всплеск", приводящий к извлечению сразу множества зерен, переносящихся в том направлении, куда дует ветер. Сальтация позволяет вполне успешно моделировать перемещение дюн на Земле с использованием некоторых параметров, определенных чисто экспериментальными методами. Однако для Марса эти параметры пришлось изменить, поскольку там мобильность песчинок в принципе выше (раз в десять) благодаря тому, что атмосфера разрежена и гравитация гораздо слабее (эти оценки были проделаны еще почти 30 лет назад). В результате получается, что каждая сорвавшаяся марсианская песчинка вызывает извлечение приблизительно на порядок большего количества песка, чем на Земле. Используя эти параметры, Партели и Херман действительно добились корректного моделирования рождения и перемещения марсианских барханов и экзотических дюн.

Из анализа германских и швейцарских физиков следует, что атмосферные условия на Марсе на протяжении последних 50 тысяч лет были практически неизменными, и сами по себе дюны не могут еще считаться доказательством того, что марсианская атмосфера когда-то походила на земную.