REKLAMA


 

REKLAMA


 

Tajemnice Czerwonej Planety Google Earth®

Ostatnia dekada eksploracji Marsa to pasmo sukcesów amerykańskich i europejskich misji, które dostarczyły olbrzymiej ilości informacji o powierzchni i atmosferze tej planety. Nadal jednak wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Dlatego m.in. powstał projekt innowacyjnej platformy mobilnej Highland Terrain Hopper, rozwijany wspólnie przez geologów planetarnych i inżynierów


Gurgurewicz_Joanna

Autorem tekstu jest Joanna Gurgurewicz
Ośrodek Badawczy Instytutu Nauk Geologicznych, Polska Akademia Nauk, Wrocław
Centrum Badań Kosmicznych, Polska Akademia Nauk, Warszawa
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Dr Joanna Gurgurewicz jest geologiem planetarnym, zajmuje się analizą geologiczną i mineralogiczną powierzchni ciał Układu Słonecznego.  

  


Dotychczasowe analizy powierzchni Marsa prowadzone są przede wszystkim w oparciu o dane uzyskane w drodze teledetekcji. Polega ona na badaniu obiektów ze znacznej odległości poprzez pomiar i rejestrowanie energii pochodzącej od jednej lub więcej części widma promieniowania elektromagnetycznego. Mamy do dyspozycji wysokiej rozdzielczości dane obrazowe misji Mars Reconnaissance Orbiter i Mars Express, w oparciu o które możemy tworzyć cyfrowe modele wysokościowe. Mamy dane spektrometryczne w zakresie widzialnym i podczerwieni bliskiej i termalnej, które umożliwiają określenie własności fizycznych oraz składu mineralogicznego i chemicznego powierzchni. Mamy także dane radarowe otwierające możliwości analiz podpowierzchniowych. Analiza wymienionych danych ma na celu określenie wpływu procesów geologicznych na obecną formę terenu Marsa, ustalenie następstwa tych procesów oraz litologii, czyli właściwości i składu tamtejszych skał.

 

Pomiary

 

We wstępnym etapie interpretacji danych teledetekcyjnych konieczne jest założenie, iż procesy prowadzące do powstania form powierzchni Marsa i Ziemi są efektem działania podobnego mechanizmu. Uzyskujemy w ten sposób wiele wskazówek dzięki doświadczeniom zdobytym na obszarach ziemskich. W dalszym etapie interpretacji danych uzyskanych przez marsjańskie orbitery należy jednak również wziąć pod uwagę fakt, iż obserwowany identyczny efekt w postaci określonej formy terenu czy też składu mineralnego powierzchni nie zawsze musi oznaczać ten sam proces czy też podobny jego przebieg.

 

Lód wodny, który uległ sublimacji, na zdjęciach wykonanych przez lądownik Phoenix, w odstępie czterech dób marsjańskich. Fot. NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University

 

Zadaniem spektrometrów umieszczonych na pokładach sond marsjańskich jest analiza widmowa promieniowania odbitego i wysyłanego przez powierzchnię i atmosferę Marsa. Sumaryczny sygnał emisyjności i reflektancji rejestrowany przez spektrometr pochodzi zarówno od powierzchni planety, jak i całej kolumny atmosfery pomiędzy detektorem a powierzchnią. Pierwszy krok, stanowiący warunek prowadzenia dalszych analiz widm powierzchni, to rozdzielenie obu składowych pomiaru: powierzchniowej i atmosferycznej. Mineralogia powierzchni może być badana z użyciem metod spektroskopowych w zakresie widzialnym i podczerwieni, gdyż wiele minerałów wykazuje diagnostyczne cechy absorpcyjne i emisyjne w tym zakresie długości fali. Każdy materiał wysyła widmo będące niepowtarzalną kombinacją pasm pobudzenia. Zmierzone widmo dowolnego obiektu o nieznanym składzie może być następnie porównywane z widmami wzorcowymi w celu możliwie jednoznacznej identyfikacji materiału. Istnieje wiele opracowań i baz danych (bibliotek spektralnych), zawierających dane laboratoryjne i eksperymentalne, w których zebrano charakterystyki spektralne (widma wzorcowe) ziemskich minerałów i skał. Porównując je z widmami powierzchni uzyskanymi przez spektrometry sond marsjańskich można uzyskać charakterystykę mineralogiczną badanego obszaru, określić, jakie minerały tam występują i jakie są ich wzajemne proporcje ilościowe. Prowadzi się również laboratoryjne analizy mieszanin mineralnych, mające na celu oszacowanie wpływu na widmo poszczególnych składników.

 

Możliwości badań podpowierzchniowych z użyciem danych radarowych. Na zdjęciach profil północnej czapy polarnej Marsa, obrazy uzyskane przez przyrządy MARSIS/MEx (analiza na większej głębokości) i SHARAD/MRO (analiza z lepszą rozdzielczością). Fot. NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University

 

W pomiarach spektrometrycznych bardzo istotna jest odpowiednia rozdzielczość, zarówno przestrzenna, jak i spektralna. W przypadku małej rozdzielczości przestrzennej w obrębie plamki pomiarowej często znajduje się zróżnicowany materiał. Dlatego też wysoka rozdzielczość przestrzenna jest niezbędna do precyzyjnych sondowań materiałów zajmujących stosunkowo niewielką powierzchnię. Wysoka rozdzielczość spektralna pozwala z kolei na rozróżnienie odpowiedzi spektralnej od dwóch leżących bardzo blisko siebie linii widmowych, podczas gdy przy małej rozdzielczości spektralnej sygnał pochodzi z szerokiego zakresu spektralnego i następuje zsumowanie odpowiedzi kilku linii widmowych. Uwzględnienie w analizie danych obejmujących różne zakresy spektralne oraz charakteryzujących się odmienną rozdzielczością (zarówno przestrzenną, jak i spektralną) pozwala na możliwie jednoznaczną identyfikację faz mineralnych oraz uzyskanie obrazu ich zróżnicowania przestrzennego.

 

Woda

 

Kluczowym aspektem ewolucji Marsa jest obecność wody w minionych epokach geologicznych. Liczne formy terenu obserwowane na powierzchni Marsa, takie jak sieci dolin i kanały wypływowe, stanowią dowody dawnej działalności wody. Obecnie powierzchnia Marsa jest zasadniczo jej pozbawiona – wyjątkiem jest stosunkowo niewielka ilość lodu wodnego na biegunach, a atmosfera zawiera jedynie śladowe ilości pary wodnej i chmur kryształków lodu. Nawet biorąc pod uwagę, że część wody mogła uciec w przestrzeń kosmiczną, i tak pozostaje pytanie, co się stało z resztą, która w przeszłości znajdowała się na powierzchni. Dlatego bardzo istotne są wszelkie pośrednie dowody na obecność wody, np. obecność minerałów uwodnionych w starszych warstwach skalnych. Minerały ilaste i inne krzemiany uwodnione, jak również siarczany, węglany, chlorki i nadchlorany zostały znalezione w wielu miejscach na powierzchni planety. Wiedzę tę zawdzięczamy danym pochodzącym ze spektrometrów podczerwieni. Spektrometr promieniowania gamma misji Mars Odyssey dostarczył ważnych danych dotyczących obecności wodoru w warstwie podpowierzchniowej. Przełomowe okazały się wyniki analiz wykonanych przez lądownik Phoenix, które ujawniły obecność lodu wodnego tuż pod powierzchnią. Dane radarowe uzyskane przez przyrządy SHARAD (Mars Reconnaissance Orbiter) i MARSIS (Mars Express) umożliwiły poszukiwania lodu wodnego w warstwie podpowierzchniowej w skali globalnej.

 

Życie

 

Pierwsze i jedyne dotychczas misje marsjańskie, których celem było poszukiwanie życia, to Viking 1 i 2 wysłane przez NASA w 1975 roku. Jednak jedyne wykryte przez nie cząstki organiczne – chlorek metylu i dichlorometan – zostały zinterpretowane jako zanieczyszczenia będące śladem płynów użytych podczas przygotowania sondy na Ziemi. Wykrycie w marsjańskiej glebie przez lądownik Phoenix nadchloranu magnezu, którego obecność może zniszczyć cząstki organiczne, skłoniło naukowców do ponownego przeanalizowania wyników uzyskanych przez lądowniki misji Viking. Ponieważ podczas eksperymentu próbki były ogrzewane, mogło to spowodować reakcję chemiczną między nadchloranem i cząstkami organicznymi, prowadząc do ich zniszczenia. Dodatkowo wykrycie metanu na Marsie może przemawiać za obecnością życia, być może tuż pod powierzchnią, gdyż jak wiemy, organizmy żywe są jednym z głównych producentów metanu na Ziemi. Zadaniem obecnej misji Mars Science Laboratory (łazik Curiosity) jest znalezienie dowodów na to, że warunki panujące na Marsie mogły sprzyjać powstaniu życia. Poszukiwanie życia to jeden z priorytetów kolejnej dekady eksploracji Marsa.

 

Ziemskie analogi

 

W badaniach teledetekcyjnych nieodzowny element stanowią obserwacje terenowe, zwłaszcza w przypadku danych obrazowych. Zapewnia to pełne wykorzystanie danych oraz zwiększa dokładność i wiarygodność interpretacji. Bezpośrednie obserwacje terenowe pozwalają na jednoznaczne przyporządkowanie rzeczywistych form terenu do ich obrazów na materiałach satelitarnych.

 

Postglacjalna deformacja grawitacyjna grzbietów górskich – przykład z Geryon Montes (Valles Marineris, Mars) i Bodeneck (Alpy Austriackie). Fot. Mège D., Bourgeois O. 2011 Postglacjalna deformacja grawitacyjna grzbietów górskich – przykład z Geryon Montes (Valles Marineris, Mars) i Bodeneck (Alpy Austriackie). Fot. Mège D., Bourgeois O. 2011

 

Dane uzyskane bezpośrednio z powierzchni Marsa są ograniczone do miejsc pracy lądowników Viking 1, 2 i Phoenix oraz łazików Mars Pathfinder, Mars Exploration Rovers i Mars Science Laboratory. Dlatego do interpretacji regionalnych i globalnych danych uzyskanych przez orbitery marsjańskie konieczne są analizy obszarów analogicznych na powierzchni Ziemi – to obecnie jedna z niewielu możliwości pogłębienia naszej wiedzy o istocie i przebiegu procesów, które doprowadziły do powstania form obserwowanych na powierzchni Marsa. Na długiej liście podobnych pod względem budowy geologicznej i warunków klimatycznych obszarów ziemskich znalazły się m.in. Columbia River Plateau w USA, wyspa Dewon w Kanadzie, wschodnia Sahara czy też lawy bazaltowe na Hawajach.

 

Również dla pełnego zrozumienia procesów geologicznych zachodzących na Ziemi potrzebna jest analiza tych, które kształtują inne planety typu ziemskiego. Mars może być wykorzystany jako naturalne laboratorium, pozwalające znaleźć odpowiedzi na istotne pytania nurtujące geologów. Niski stopień erozji i brak wegetacji na Marsie umożliwiają obserwacje następstwa struktur geologicznych powstałych w wyniku naturalnych procesów, na przestrzeni co najmniej 4 miliardów lat. Wyjaśnienie mechanizmów zdarzeń, które odegrały kluczową rolę w ewolucji Marsa, może posłużyć do wyjaśnienia podobnych procesów na Ziemi – rozciągania skorupy, wulkanizmu, osuwisk czy zlodowaceń.

 

Kanion

 

Wzdłuż marsjańskiego równika, na przestrzeni ponad 2500 kilometrów, rozciąga się Valles Marineris – największy system kanionów w Układzie Słonecznym. Z punktu widzenia geologów jest to unikatowa struktura, która daje możliwość badania procesów zachodzących na Marsie obecnie i w przeszłości. Pęknięcia w skorupie pozwalają na wniknięcie na głębokość kilku kilometrów w stosunku do otaczającej powierzchni i dotarcie do starszych warstw skalnych. Ściany i dna kanionów stanowią doskonały zapis historii geologicznej planety, a ich rozmiary przekładają się na różnorodność procesów geologicznych zachodzących na ich obszarze. Działania łazików ograniczone są do płaskich powierzchni. System kanionów Valles Marineris, aczkolwiek bardzo interesujący, z technologicznego punktu widzenia jest trudno dostępny, a miejscami wręcz nieosiągalny. Profile stratygraficzne na obszarze Valles Marineris i w kraterze Gale (obszar działań Mars Science Laboratory) wyglądają podobnie, przy czym Valles Marineris obejmuje znacznie większy przedział wiekowy warstw skalnych; przeprowadzone tam badania pozwoliłyby zinterpretować wyniki uzyskane przez łazika Curiosity w kontekście globalnym. Wynikiem odpowiednio przeprowadzonej misji na obszarze Valles Marineris mógłby się stać pierwszy pełny profil stratygraficzny Marsa sporządzony in situ.

 

Highland Terrain Hopper na obszarze Valles Marineris – wizualizacja. Fot. Mège et al. 2014

 

Geolodzy planetarni z Instytutu Nauk Geologicznych PAN biorą udział w projekcie, w ramach którego określone zostaną cele naukowe i scenariusz misji z użyciem platformy mobilnej Highland Terrain Hopper, opracowywanej obecnie przez inżynierów z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Pojazd ten będzie przemieszczał się za pomocą skoków, co pozwoli na pokonanie naturalnych przeszkód wynikających z morfologii terenu, z którymi nie mógłby poradzić sobie łazik. Na Marsie, ze względu na niższą grawitację, te skoki mogą osiągnąć wysokość do 4 metrów. Przetestowanie nowego pojazdu na terenie analogicznym w warunkach ziemskich pomoże w odpowiednim jego przygotowaniu do przyszłych działań na Marsie, nie wyłączając obszaru Valles Marineris.

 

Projekt Mars: another planet to approach geoscience issues, realizowany w Ośrodku Badawczym Instytutu Nauk Geologicznych PAN we Wrocławiu, finansowany jest przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM (TEAM/2011-7/9).

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Carr M.H., Head J.W. (2010). Geologic history of Mars. Earth Planet. Sci. Lett., 294, 185-203.
Ehlmann B.L., Mustard J.F., Murchie S.L., Bibring J.-P., Meunier A., Fraeman A.A., Langevin Y. (2011). Subsurface water and clay mineral formation during the early history of Mars. Nature, 479, 53-60.
Mege D., Gurgurewicz J., Grygorczuk J., Wiśniewski Ł., Rickman H. (2014): Exploring Martian mountains with Galago, the highland terrain hopper. 8th International Conference on Mars, Pasadena, abstract 1251.


Academia nr 4 (40) 2014

 

 

Oceń artykuł
(1 głosujący)

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria materiałowa język językoznawstwo klimatologia kobieta w nauce komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura matematyka medycyna migracje mikrobiologia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt Puszcza Białowieska robotyka seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl