![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
amzyСеред гірських дюн і дрібних хвилястих брижів на пустельній поверхні Марса є проміжні за розміром піщані структури, які не схожі ні на що у нас на Землі.
Про нове дослідження розповідають у Стенфордському університеті.
Вчені використовували модель штучного інтелекту для аналізу мільйона марсіанських дюн і з'ясували, як на нашій планеті-сестрі формуються ці піщані хвилі, маючи приблизно 1 метр між гребенями, - що раніше здавалося несумісним із фізикою виникнення брижів і дюн на Землі.
Результати, опубліковані 22 листопада в журналі Nature Communications, дають змогу вченим у майбутньому використовувати скам'янілі версії цих структур для реконструкції атмосферної історії Марса. Це пов'язано з тим, що існує точний і послідовний математичний зв'язок між щільністю атмосфери й розміром видуваних вітром брижів і дюн у всіх, крім найменших, масштабах.
"Це особливо важливо, оскільки вважається, що у минулому Марс мав більш щільну атмосферу, яка, можливо, підтримувала умови на поверхні, схожі на земні", - каже старший автор дослідження Матьє Лапотр, доцент геологічних наук у Стенфордській школі сталого розвитку імені Доерра. "Однак вона втратила більшу її частину, і ми не знаємо, коли, як швидко і чому".
Продукт повітряного потоку чи крихітних торпед?
І на Землі, і на Марсі піщинки, що видуваються вітром, збираються в кургани різних форм і розмірів - від дюн, що простягаються на багато кілометрів, до крихітних гряд, ледве достатніх для того, щоб заховати рака-пустельника. На Землі гребені цієї дрібної брижі зазвичай розташовані на відстані кількох дюймів один від одного. Вони часто зустрічаються в пустелях, на пляжах і в пісковиках, зберігаючись як відбитки пальців давніх вітрів. Вчені називають їх "ударними брижами", оскільки вони виникають унаслідок того, що зерна, які роздуваються вітром, врізаються в піщані насипи, як крихітні торпеди.
У 2015 році марсохід Curiosity надав зображення подібних візерунків на поверхні Марса. Крім гігантських дюн, на знімках було видно дрібніші хвилі двох різних масштабів: Одні були близькі до розміру ударних брижів, знайомих за аналогічними за розміром зернами на Землі; інші були приблизно у 10 разів більшими, але все ж меншими за дюни, які формуються скоріше під впливом повітряних потоків, ніж ударів піску.
Як ці два різні масштаби пульсацій співіснували й еволюціонували на Марсі, вчені досі не можуть зрозуміти. Згідно з одним із запропонованих пояснень, структури середнього розміру виникають унаслідок безперервного зростання ударної ряби, чому сприяє дуже низький тиск повітря на Марсі. Однак, всупереч ідеї безперервного зростання, вчені спостерігали незрозумілу відсутність рябі з гребенями, розташованими на відстані від 8 до 30 дюймів один від одного.
Лапотр та інші вчені припустили, що такі форми можуть бути результатом гідродинамічної нестійкості, яка, як відомо, призводить до утворення надутих вітром дюн у пустелях і подібних хвилястих насипів у піщаних руслах річок на Землі.
Дослідники також припустили, що розмір великих марсіанських горобин і дюн, а також горобин, що утворюються під водою на нашій планеті, може контролюватися одним і тим самим зсувом, або аномалією, у потоці повітря або води. Цей зсув, що виникає тільки після того, як кургани виростають до певного розміру, є результатом взаємодії глобальних властивостей атмосфери, як-от щільність, і місцевих чинників, як-от топографія і швидкість зсуву вітру.
Але досі вчені лише припускали існування аномалії на основі жорстко контрольованих експериментів. Вона не спостерігалася в складному середовищі природних дюн.
Розпізнавання дюн
Разом з провідним автором роботи Ліором Рубаненком, Лапотр та його колеги вирішили перевірити ці теорії за допомогою даних з Марса, ґрунтуючись на попередній роботі Лапотра, який пов'язав розмір брижів зі щільністю атмосфери за допомогою статистичного аналізу. Уперше вчені використовували реальні дані з червоної планети для перевірки - і, як виявилося, підтвердження - прогнозу гідродинамічної теорії про те, що розмір найменших дюн Марса, як і його брижі, повинен зменшуватися там, де повітря щільніше.
Автори використовували понад 130 000 знімків Марса з високою роздільною здатністю, зроблених космічними апаратами, і модель комп'ютерного зору на основі штучного інтелекту, вперше розроблену для виділення окремих примірників різних типів об'єктів з фону - наприклад, контурів трьох людей, автобуса і двох автомобілів на фотографії міської вулиці. Команда зі Стенфорда вручну позначила дюни на невеликій підмножині зображень, а потім використовувала ці приклади для навчання моделі виявленню контурів дюн і оцінці їхніх розмірів на більшій частині марсіанської поверхні.
Автори проаналізували цей великий новий набір даних разом із розрахунками щільності атмосфери на Марсі. Вони виявили, що хвилі середнього розміру зовсім не є ударними брижами. Замість цього виразні структури на Марсі більше схожі на мініатюрні дюни, які перестають рости в певній точці, тому що передбачена аномалія або зрушення в потоці повітря, подібному до рідини, виникає в дуже тонкій, турбулентній атмосфері поблизу поверхні Марса.
"Ударні брижі формуються на Марсі точно так само, як і на Землі, і мають більш-менш однаковий розмір", - сказав Рубаненко, який працював над дослідженням як постдокторанта геологічних наук у Стенфорді. "Це має сенс, оскільки механізм, що формує ударні брижі, меншою мірою пов'язаний із властивостями атмосфери і більшою - з механікою перенесення піску".
"Тепер, коли ми знаємо, як розмір цих пульсацій змінюється залежно від щільності атмосфери й чому, ми можемо використовувати розмір скам'янілих пульсацій у дуже старих породах для реконструкції історії атмосфери Марса", - сказав Лапотр.
До речі, недавно вчені оголосили, що на Марсі знайдено сліди стародавнього океану:
на планеті колись спостерігався підйом рівня моря, що відповідає тривалому теплому й вологому клімату, а не суворому, замерзлому ландшафту, який існує у сьогоднішніми днями.
Про нове дослідження розповідають у Стенфордському університеті.
Вчені використовували модель штучного інтелекту для аналізу мільйона марсіанських дюн і з'ясували, як на нашій планеті-сестрі формуються ці піщані хвилі, маючи приблизно 1 метр між гребенями, - що раніше здавалося несумісним із фізикою виникнення брижів і дюн на Землі.
Результати, опубліковані 22 листопада в журналі Nature Communications, дають змогу вченим у майбутньому використовувати скам'янілі версії цих структур для реконструкції атмосферної історії Марса. Це пов'язано з тим, що існує точний і послідовний математичний зв'язок між щільністю атмосфери й розміром видуваних вітром брижів і дюн у всіх, крім найменших, масштабах.
"Це особливо важливо, оскільки вважається, що у минулому Марс мав більш щільну атмосферу, яка, можливо, підтримувала умови на поверхні, схожі на земні", - каже старший автор дослідження Матьє Лапотр, доцент геологічних наук у Стенфордській школі сталого розвитку імені Доерра. "Однак вона втратила більшу її частину, і ми не знаємо, коли, як швидко і чому".
Продукт повітряного потоку чи крихітних торпед?
І на Землі, і на Марсі піщинки, що видуваються вітром, збираються в кургани різних форм і розмірів - від дюн, що простягаються на багато кілометрів, до крихітних гряд, ледве достатніх для того, щоб заховати рака-пустельника. На Землі гребені цієї дрібної брижі зазвичай розташовані на відстані кількох дюймів один від одного. Вони часто зустрічаються в пустелях, на пляжах і в пісковиках, зберігаючись як відбитки пальців давніх вітрів. Вчені називають їх "ударними брижами", оскільки вони виникають унаслідок того, що зерна, які роздуваються вітром, врізаються в піщані насипи, як крихітні торпеди.
У 2015 році марсохід Curiosity надав зображення подібних візерунків на поверхні Марса. Крім гігантських дюн, на знімках було видно дрібніші хвилі двох різних масштабів: Одні були близькі до розміру ударних брижів, знайомих за аналогічними за розміром зернами на Землі; інші були приблизно у 10 разів більшими, але все ж меншими за дюни, які формуються скоріше під впливом повітряних потоків, ніж ударів піску.
Як ці два різні масштаби пульсацій співіснували й еволюціонували на Марсі, вчені досі не можуть зрозуміти. Згідно з одним із запропонованих пояснень, структури середнього розміру виникають унаслідок безперервного зростання ударної ряби, чому сприяє дуже низький тиск повітря на Марсі. Однак, всупереч ідеї безперервного зростання, вчені спостерігали незрозумілу відсутність рябі з гребенями, розташованими на відстані від 8 до 30 дюймів один від одного.
Лапотр та інші вчені припустили, що такі форми можуть бути результатом гідродинамічної нестійкості, яка, як відомо, призводить до утворення надутих вітром дюн у пустелях і подібних хвилястих насипів у піщаних руслах річок на Землі.
Дослідники також припустили, що розмір великих марсіанських горобин і дюн, а також горобин, що утворюються під водою на нашій планеті, може контролюватися одним і тим самим зсувом, або аномалією, у потоці повітря або води. Цей зсув, що виникає тільки після того, як кургани виростають до певного розміру, є результатом взаємодії глобальних властивостей атмосфери, як-от щільність, і місцевих чинників, як-от топографія і швидкість зсуву вітру.
Але досі вчені лише припускали існування аномалії на основі жорстко контрольованих експериментів. Вона не спостерігалася в складному середовищі природних дюн.
Розпізнавання дюн
Разом з провідним автором роботи Ліором Рубаненком, Лапотр та його колеги вирішили перевірити ці теорії за допомогою даних з Марса, ґрунтуючись на попередній роботі Лапотра, який пов'язав розмір брижів зі щільністю атмосфери за допомогою статистичного аналізу. Уперше вчені використовували реальні дані з червоної планети для перевірки - і, як виявилося, підтвердження - прогнозу гідродинамічної теорії про те, що розмір найменших дюн Марса, як і його брижі, повинен зменшуватися там, де повітря щільніше.
Автори використовували понад 130 000 знімків Марса з високою роздільною здатністю, зроблених космічними апаратами, і модель комп'ютерного зору на основі штучного інтелекту, вперше розроблену для виділення окремих примірників різних типів об'єктів з фону - наприклад, контурів трьох людей, автобуса і двох автомобілів на фотографії міської вулиці. Команда зі Стенфорда вручну позначила дюни на невеликій підмножині зображень, а потім використовувала ці приклади для навчання моделі виявленню контурів дюн і оцінці їхніх розмірів на більшій частині марсіанської поверхні.
Автори проаналізували цей великий новий набір даних разом із розрахунками щільності атмосфери на Марсі. Вони виявили, що хвилі середнього розміру зовсім не є ударними брижами. Замість цього виразні структури на Марсі більше схожі на мініатюрні дюни, які перестають рости в певній точці, тому що передбачена аномалія або зрушення в потоці повітря, подібному до рідини, виникає в дуже тонкій, турбулентній атмосфері поблизу поверхні Марса.
"Ударні брижі формуються на Марсі точно так само, як і на Землі, і мають більш-менш однаковий розмір", - сказав Рубаненко, який працював над дослідженням як постдокторанта геологічних наук у Стенфорді. "Це має сенс, оскільки механізм, що формує ударні брижі, меншою мірою пов'язаний із властивостями атмосфери і більшою - з механікою перенесення піску".
"Тепер, коли ми знаємо, як розмір цих пульсацій змінюється залежно від щільності атмосфери й чому, ми можемо використовувати розмір скам'янілих пульсацій у дуже старих породах для реконструкції історії атмосфери Марса", - сказав Лапотр.
До речі, недавно вчені оголосили, що на Марсі знайдено сліди стародавнього океану:
на планеті колись спостерігався підйом рівня моря, що відповідає тривалому теплому й вологому клімату, а не суворому, замерзлому ландшафту, який існує у сьогоднішніми днями.