Цвет поверхности Марса
Цвет поверхности планеты Марс издалека кажется красноватым из-за ржавой атмосферной пыли . [1] Вблизи оно больше похоже на ириску . [1] и другие распространенные цвета поверхности включают золотистый, коричневый, коричневый и зеленоватый, в зависимости от минералов. [1]
Видимый цвет марсианской поверхности позволил людям отличить ее от других планет на ранних этапах человеческой истории и побудил их плести басни о войне, связанные с Марсом. Одно из самых ранних зарегистрированных имён, Хардешер, буквально означало «Красный» на египетском языке . [2] Его цвет, возможно, также способствовал возникновению злокачественной ассоциации в индийской астрологии , поскольку ему были даны имена Ангарака и Лохитанга , оба отражающие отчетливо красный цвет Марса, видимый невооруженным глазом. [2]
Причина красного цвета и его обширность
[ редактировать ]Современные наблюдения показывают, что покраснение Марса поверхностное. Поверхность Марса выглядит красноватой в первую очередь из-за повсеместного слоя пыли (частицы обычно имеют диаметр от 3 до 45 мкм). [3] [4] ), толщина которого обычно составляет порядка миллиметров. Даже там, где встречаются самые толстые отложения этой красноватой пыли, например, в районе Тарсиса, толщина слоя пыли, вероятно, не превышает 2 м (7 футов). [5] Таким образом, красноватая пыль, по сути, представляет собой чрезвычайно тонкую пленку на поверхности Марса и никоим образом не представляет собой основную часть марсианской недр.
Марсианская пыль имеет красноватый цвет в основном из-за спектральных свойств нанофазных оксидов железа (npOx), которые имеют тенденцию доминировать в видимом спектре. Конкретные минералы npOx не были полностью определены, но нанокристаллический красный гематит (α-Fe 2 O 3 ) может быть доминирующим по объему. [6] по крайней мере, при глубине отбора проб менее 100 мкм [7] инфракрасных дистанционных датчиков, таких как прибор Mars Express OMEGA. Остальное железо в пыли, возможно, до 50% массы, может находиться в титаном обогащенном магнетите (Fe 3 O 4 ). [8] Магнетит обычно черного цвета с черной полосой. [9] и не способствует появлению красноватого оттенка пыли.
Массовая доля хлора и серы в пыли превышает ту, которая была обнаружена (марсианскими марсоходами Spirit и Opportunity ) в типах почв кратера Гусева и Планума Меридиани . Сера в пыли также демонстрирует положительную корреляцию с npOx. [10] Это предполагает, что очень ограниченное химическое изменение тонкими пленками рассола (которое способствует образованию инея из атмосферной H 2 O) может привести к образованию некоторого количества npOx. [10] Кроме того, наблюдения дистанционного зондирования атмосферной пыли (которые показывают небольшие отличия по составу и размеру зерен от поверхностной пыли) показывают, что основной объем пылевых зерен состоит из плагиоклазового полевого шпата и цеолита , а также второстепенных пироксена и оливина . компонентов [11] Такой мелкий материал можно легко получить путем механической эрозии базальтов , богатых полевым шпатом , таких как скалы в южных высокогорьях Марса. [11] В совокупности эти наблюдения показывают, что любое химическое изменение пыли под действием водной активности было очень незначительным.
Появление нанофазных оксидов железа (npOx) в пыли
[ редактировать ]Существует несколько процессов, которые могут привести к образованию npOx в качестве продукта окисления без участия свободного кислорода (O 2 ). На Марсе мог доминировать один или несколько из этих процессов, поскольку моделирование атмосферы в геологических временных масштабах показывает, что свободный O 2 (генерируемый в основном за счет фотодиссоциации воды (H 2 O)) [12] всегда мог быть примесным компонентом с парциальным давлением, не превышающим 0,1 микропаскаля (мкПа). [13]
Один кислород-(O 2 )-независимый процесс включает прямую химическую реакцию двухвалентного железа (Fe 2+ ) (обычно присутствует в типичных магматических минералах) или металлическое железо (Fe) с водой (H 2 O) для получения трехвалентного железа (Fe 3+ (водн.)), что обычно приводит к образованию гидроксидов, таких как гетит (FeO•OH). [12] в экспериментальных условиях. [14] Хотя эта реакция с водой (H 2 O) термодинамически невыгодна, тем не менее, она может поддерживаться за счет быстрой потери побочного продукта молекулярного водорода (H 2 ). [13] Реакцию можно дополнительно облегчить за счет растворенного диоксида углерода (CO 2 ) и диоксида серы (SO 2 ), которые снижают pH пленок рассола, увеличивая концентрацию более окислительных ионов водорода (H + ). [14]
Однако для разложения Fe обычно необходимы более высокие температуры (около 300 ° C). 3+ (окси)гидроксиды, такие как гетит, в гематит. Образование палагонитовой тефры на верхних склонах вулкана Мауна-Кеа может отражать такие процессы, что согласуется с интригующим спектральным и магнитным сходством между палагонитовой тефрой и марсианской пылью. [15] Несмотря на необходимость таких кинетических условий, длительные засушливые условия и низкий уровень pH на Марсе (например, дневные пленки рассола) могут привести к окончательному превращению гетита в гематит, учитывая термодинамическую стабильность последнего. [14]
Фе и Фе 2+ также может окисляться под действием пероксида водорода (H 2 O 2 ). Несмотря на то, что содержание H 2 O 2 в марсианской атмосфере очень мало, [13] он устойчив во времени и является гораздо более сильным окислителем, чем H 2 O. Окисление, вызванное H 2 O 2, до Fe. 3+ (обычно в виде гидратированных минералов), наблюдалось экспериментально. [14] Кроме того, распространенность спектральной характеристики α-Fe 2 O 3 , но не гидратированного Fe 3+ минералов усиливает вероятность того, что npOx может образовываться даже без термодинамически невыгодных посредников, таких как гетит. [6]
Имеются также данные о том, что гематит мог образоваться из магнетита в ходе эрозионных процессов. Эксперименты в Лаборатории моделирования Марса Орхусского университета в Дании показывают, что когда смесь магнетитового порошка, кварцевого песка и частиц кварцевой пыли перемешивается в колбе, часть магнетита превращается в гематит, окрашивая образец в красный цвет. Предлагаемое объяснение этого эффекта состоит в том, что когда кварц разрушается при шлифовании, на вновь открытых поверхностях разрываются определенные химические связи; когда эти поверхности вступают в контакт с магнетитом, атомы кислорода могут переноситься с поверхности кварца на магнетит, образуя гематит. [16]
Красное небо на Марсе
[ редактировать ]Изображения , полученные с помощью спутников Mars Pathfinder и Mars Exploration Rover, показали, что марсианское небо также может казаться людям красноватым. Поглощение солнечного света в диапазоне 0,4–0,6 мкм частицами пыли может быть основной причиной покраснения неба. [17] Дополнительный вклад может вносить преобладание рассеяния фотонов пылевыми частицами на длинах волн порядка 3 мкм: [4] который находится в ближнем инфракрасном диапазоне, за счет рэлеевского рассеяния на молекулах газа. [18]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с НАСА - Марс за минуту: действительно ли Марс красный? ( Стенограмма )
- ^ Jump up to: а б Киффер, Хью Х., Брюс М. Якоски и Конвей В. Снайдер (1992), «Планета Марс: от древности до наших дней», в журнале Mars, University of Arizona Press, Тусон, Аризона, стр. 2 [1] Архивировано 4 июня 2011 г. в Wayback Machine. ISBN 0-8165-1257-4
- ^ Фергасон; и др. (11 февраля 2006 г.). «Физические свойства посадочных площадок марсохода, определенные на основе тепловой инерции, полученной с помощью Mini-TES». Журнал геофизических исследований . 111 (Е2): н/д. Бибкод : 2006JGRE..111.2S21F . CiteSeerX 10.1.1.596.3226 . дои : 10.1029/2005JE002583 .
- ^ Jump up to: а б Лимон; и др. (3 декабря 2004 г.). «Результаты изображений атмосферы с марсоходов: дух и возможности». Наука . 306 (5702): 1753–1756. Бибкод : 2004Sci...306.1753L . дои : 10.1126/science.1104474 . ПМИД 15576613 . S2CID 5645412 .
- ^ Ерш; Кристенсен (11 декабря 2002 г.). «Светлые и темные области Марса: Размер частиц и минералогические характеристики по данным термоэмиссионного спектрометра» . Журнал геофизических исследований . 107 (Е12): 2–1–2–22. Бибкод : 2002JGRE..107.5127R . дои : 10.1029/2001JE001580 .
- ^ Jump up to: а б Бибринг; и др. (21 апреля 2006 г.). «Глобальная минералогическая и водная история Марса, полученная на основе данных OMEGA / Mars Express» . Наука . 312 (5772): 400–404. Бибкод : 2006Sci...312..400B . дои : 10.1126/science.1122659 . ПМИД 16627738 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Курица; и др. (18 июля 2007 г.). «Минералогия поверхности Марса, полученная Обсерваторией минералогии, воды, льда и активности на борту космического корабля Mars Express (OMEGA/MEx): глобальные карты минералов». Журнал геофизических исследований . 112 (Е8): E08S02. Бибкод : 2007JGRE..112.8S02P . дои : 10.1029/2006JE002840 . S2CID 16963908 .
- ^ Гетц; и др. Природа марсианской воздушной пыли. Индикация длительных засушливых периодов на поверхности Марса (PDF) . Седьмая международная конференция по Марсу . Проверено 12 ноября 2017 г.
- ^ «Магнетит» . Mindat.org . Проверено 4 ноября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Йена; и др. (7 июля 2005 г.). «Комплексный взгляд на химию и минералогию марсианских почв». Природа . 436 (7047): 49–54. Бибкод : 2005Natur.436...49Y . дои : 10.1038/nature03637 . ПМИД 16001059 . S2CID 4397731 .
- ^ Jump up to: а б Гамильтон; и др. (7 декабря 2005 г.). «Минералогия марсианской атмосферной пыли по тепловым инфракрасным спектрам аэрозолей». Журнал геофизических исследований . 110 (Е12): Е12006. Бибкод : 2005JGRE..11012006H . дои : 10.1029/2005JE002501 .
- ^ Jump up to: а б Кэттинг; Мур (октябрь 2003 г.). «Природа крупнозернистого кристаллического гематита и его значение для ранней среды Марса». Наука . 165 (2): 277–300. Бибкод : 2003Icar..165..277C . дои : 10.1016/S0019-1035(03)00173-8 .
- ^ Jump up to: а б с Шеврье; и др. (5 июля 2007 г.). «Ранняя геохимическая среда Марса, определенная на основе термодинамики слоистых силикатов». Природа . 448 (7149): 60–63. Бибкод : 2007Natur.448...60C . дои : 10.1038/nature05961 . ПМИД 17611538 . S2CID 1595292 .
- ^ Jump up to: а б с д Шеврье; и др. (15 августа 2006 г.). «Продукты выветривания железа в атмосфере CO2 + (H2O или H2O2): последствия для процессов выветривания на поверхности Марса». Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (16): 4295–4317. Бибкод : 2006GeCoA..70.4295C . дои : 10.1016/j.gca.2006.06.1368 .
- ^ Моррис; и др. (1 марта 2001 г.). «Палагонитовая пыль с низким содержанием силикатов из вулкана Мауна-Кеа (Гавайи): минералогический аналог магнитной марсианской пыли?» . Журнал геофизических исследований . 106 (Е3): 5057–5083. Бибкод : 2001JGR...106.5057M . дои : 10.1029/2000JE001328 .
- ^ Московиц, Клара (сентябрь 2009 г.). «Как Марс стал красным: удивительная новая теория» . Yahoo Новости . Архивировано из оригинала 25 сентября 2009 года . Проверено 21 сентября 2009 г.
- ^ Белл III; и др. (28 сентября 2006 г.). «Цветность марсианского неба, наблюдаемая с помощью инструментов Mars Exploration Rover Pancam» . Журнал геофизических исследований . 111 (E12): н/д. Бибкод : 2006JGRE..11112S05B . дои : 10.1029/2006JE002687 .
- ^ Томас; и др. (1 апреля 1999 г.). «Цвет марсианского неба и его влияние на освещенность марсианской поверхности» . Журнал геофизических исследований . 104 (Е4): 8795–8808. Бибкод : 1999JGR...104.8795T . дои : 10.1029/98JE02556 .
