Lagos subglaciais em Marte

Características

O lago subglacial proposto na base dos depósitos em camadas polares sul em Marte tem uma reflexão de radar mais forte que o gelo ou a rocha. As análises são baseadas em perfis de radar (como no painel do meio) tirados pelo radar avançado de Marte para o Subterface e a ionosfera (Marsis) e foram interpretados pela primeira vez como um lago subglacial. (Crédito da imagem: isso corresponde à Figura 1 de Schroeder & Steinbrugge 2021 obtida com permissão de D. shroeder usando a licença Creative Commons Attribution-Share 4.0 Copyright.)

Um estudo de 2018 relatou as observações de radar de um potencial lago subglacial de 20 km de largura centralizado a 193 ° E, 81 ° S na base do SPLD usando dados do radar avançado de Marte para o subsolo e o instrumento de sonda de ionosfera (Marsis) no The the Mars Express Express da Agência Espacial Europeia. A equipe notou ecoa o radar mais forte do que o que o gelo ou a rocha refletiriam de 1,5 km abaixo da superfície na base do SPLD. Eles interpretaram as reflexões brilhantes do radar para indicar alta permissividade (a capacidade de um material ser polarizado e armazenar energia em resposta a um campo elétrico), consistente com a água líquida. Três lagos subglaciais adicionais na escala de toda a KM ao lado do lago original também foram propostos a partir de um estudo mais detalhado, embora o estudo também indique a possibilidade de que os três locais possam conter sedimentos úmidos em vez de lagos.

Embora o radar raso (Sharad) no orbitador de reconhecimento de Marte opere em frequências mais altas, um lago subglacial deve ser detectável, mas refletores de radar brilhantes estão ausentes. No entanto, com a descoberta de muitas ocorrências generalizadas das características do radar na área do SPLD, a corroboração entre os dois instrumentos pode se tornar possível.

Limites físicos

Aquecimento geotérmico e perclorato

A evidência do radar pode ser difícil de entender devido a efeitos de dispersão das camadas no SPLD nas reflexões do radar (de acordo com um eletter de Hecht et al. Respondendo à publicação original junto com outras fontes). Como resultado, mais trabalhos se concentraram em explicar como a temperatura de congelamento na base do SPLD pode ser reduzida devido a uma combinação de sal de perclorato e fluxo geotérmico regional aprimorado. Após a detecção de perclorato nas planícies do norte de Marte pelo Phoenix Lander, previu -se que o perclorato pudesse permitir que uma salmoura de 1 a 3 metros de profundidade exista na base da calota de gelo do norte de Marte. O perclorato é um sal agora considerado difundido em Marte e é conhecido por diminuir o ponto de congelamento da água. Os estudos em apoio à hipótese do lago subglacial propuseram que o magnésio e o perclorato de cálcio na base do SPLD diminuiriam o ponto de congelamento da água para temperaturas tão baixas quanto 204 e 198 K, permitindo assim a existência de água líquida salgada. No entanto, mesmo levando em consideração o perclorato, as simulações de computador prevêem que a temperatura ainda esteja muito fria para a água líquida existir no fundo da calota de gelo do sul. Isso se deve a uma pequena quantidade de fusão por pressão (a gravidade de Marte é de cerca de um terço da Terra) que diminuiria apenas o ponto de fusão em 0,3-0,5 K e um fluxo de calor geotérmico baixo estimado de 14-30 MW/m2. Um fluxo de calor geotérmico superior a 72 MW/m2 apoiaria o lago subglacial, exigindo assim um aprimoramento local no fluxo de calor, talvez proveniente de magmatismo geologicamente recente (dentro de centenas de milhares de anos atrás) na subsuperfície. Da mesma forma, outro estudo baseado na topografia da superfície e na espessura do gelo constatou que a detecção de radar não coincidiu com suas previsões de locais para lagos subglaciais com base no potencial hidrológico e, como resultado, eles propuseram que a detecção se devesse a um patch localizado de basal derreter em vez de um lago.

Propõe -se que a água da salmoura líquida seja plausível no SPLD, porque as soluções de magnésio e perclorato de cálcio podem ser super -resfriadas até 150 K e a temperatura da superfície no pólo sul é de aproximadamente 160 K. Além disso, é esperado que a temperatura em profundidade pois o gelo aumentaria a uma taxa com base no fluxo geotérmico indeterminado e nas propriedades térmicas do SPLD. No entanto, um estudo descobriu que os refletores de radar brilhantes são generalizados em todo o SPLD, em vez de limitados às áreas anteriormente identificadas dos putativos lagos subglaciais. Como as detecções de radar brilhante cobriram uma ampla variedade de condições no SPLD (por exemplo, temperaturas diferentes, espessuras de gelo), isso apresenta desafios para todos os refletores de radar brilhantes indicativos de água líquida.

Características da superfície

Abordagens adicionais para determinar a plausibilidade dos lagos subglaciais incluíram um estudo que procurava características da superfície induzidas por esses lagos. Na Terra, exemplos de características de superfície causadas por um lago subglacial incluem fraturas ou características de cume como na Glaciar da Ilha Pine, na Antártica. Embora um estudo sobre Marte tenha encontrado apenas características da superfície que correspondam aos processos relacionados ao CO2 e ao vento e nenhum correspondente aos lagos subglaciais putativos, a falta de características da superfície também não descarta a possibilidade do lago subglacial. Isso ocorre porque, embora a superfície do SPLD tenha pelo menos milhares de anos e, possivelmente, milhões de anos, é difícil restringir quando o putativo lago subglacial teria modificado as características da superfície.

Hipóteses alternativas

Três hipóteses principais para explicar as reflexões de radar basal brilhantes abaixo dos depósitos em camadas polares sul incluem salmoura líquida, gelo salino e depósitos condutores, como smectites. Não incluído nesta imagem, há trabalho adicional sobre fontes ígneas. (Crédito da imagem: isso corresponde à Figura 2 de Schroeder & Steinbrugge 2021 obtida com permissão de D. shroeder usando a licença Creative Commons Attribution-Share 4.0 Copyright.)

Em contraste com a hipótese da água subglacial na base do SPLD, outras sugestões incluem materiais como gelo salino, um depósito mineral condutor, como argilas e materiais ígneos. Trabalhos futuros são necessários para resolver como essas hipóteses alternativas se mantêm sob condições semelhantes a Marte usando instrumentos como Marsis.

Gelo salino

Embora o estudo inicial assumisse a condutividade insignificante no cálculo dos valores de permissividade, contabilizando a condutividade, materiais condutores que não são líquidos também podem ser considerados. Em vez da suposição de que as reflexões brilhantes do radar na base da tampa de gelo se devem a um grande contraste na permissividade dielétrica, outro estudo sugeriu que a reflexão brilhante se deve a um grande contraste na condutividade elétrica nos materiais. O gelo salino, observado na terra sob a geleira de Taylor na Antártica, é uma fonte potencial para as reflexões basais brilhantes, embora seja desconhecida a condutividade elétrica do gelo salino a temperaturas marcianas.

Minerais hidratados

A explicação mineralógica é a mais favorecida nos estudos de acompanhamento, especialmente com minerais hidratados específicos, como o jarosite (um sulfato) e a esmectita (um mineral de argila). Os smectites têm uma permissividade dielétrica alta o suficiente para explicar as reflexões brilhantes (embora em temperaturas laboratoriais de 230 K superiores às condições esperadas em Marte) e existam nas bordas do SPLD. Por fim, embora os estudos propunham essas novas hipóteses, eles não rejeitam completamente a possibilidade de água líquida como a fonte do retorno do radar brilhante.

Materiais ígneos

Outro estudo aplicou simulações de computador para procurar o que outras regiões em Marte podem causar refletores basais brilhantes se houvesse uma concha de gelo de 1,4 km de espessura, cobrindo o material base. Eles descobriram que 0,3% a 2% da superfície de Marte poderia produzir sinais semelhantes, a maioria dos quais pertencem a regiões vulcânicas. Embora a permissividade dos materiais ígneos exija mais pesquisas, eles apontaram como o conteúdo ígneo de alta densidade também pode causar os refletores de radar brilhantes observados.

O lago Vostok, na Antártica, está coberto por gelo nos últimos 25 milhões de anos. Os micróbios encontrados perto do fundo do gelo acumulado e na água têm implicações interessantes para a astrobiologia. (Crédito da imagem: Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University/NASA.)

Sites analógicos terrestres e habitabilidade

Lago Vostok e outros rios e lagos subglaciais na Antártica. (Crédito da imagem: NASA.)

Os putativos lagos subglaciais são de interesse da possibilidade de apoiar a vida. Se as condições físicas permitissem que um local da água líquida subglacial em Marte existisse, isso pode se estender a outras biosferas subterrâneas no planeta. Na Terra, os lagos subglaciais existem abaixo de centenas de metros de gelo no Ártico e na Antártica e atuam como um análogo planetário para os lagos subglaciais potenciais em Marte e oceanos líquidos abaixo de conchas geladas de luas como Europa. Para estudar a vida em lagos subglaciais na Terra, a perfuração do núcleo de gelo é usada para alcançar a água, mas a contaminação é geralmente considerada como tendo comprometido as tentativas de provar a água do lago Vostok e do lago Ellsworth. No entanto, os micróbios foram amostrados do gelo de acreção (água do lago congelado) do lago Vostok. Além disso, o lago Whillans foi um empreendimento de amostragem bem -sucedido a partir de menos de 800 m de gelo, onde mais de 4000 espécies de micróbios quimioautotróficos foram identificados. Se micróbios semelhantes poderiam sobreviver nos putativos lagos subglaciais salgados em Marte ainda é desconhecido, mas se a água líquida estiver presente, ela poderá preservar a vida microbiana inativa.