06 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Странните шарки като пчелна пита на Марс са клетки на Бенар от воден лед и CO2

Изглежда се образуват от воден лед и въгрероден диоксид

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 23 юни 2022 в 00:00 37150
Пролетни ветрила и многоъгълни шарки на Марс. Снимка: NASA/JPL-Caltech/UArizona

От орбита този пейзаж на Марс изглежда като дантелена пчелна пита или паяжина. Но необичайните многоъгълни шарки не са създадени от марсиански пчели или паяци; те всъщност се образуват от продължаващия процес на сезонна промяна и са създадени от воден лед и лед на въглероден диоксид.

Камерата HiRISE (научен експеримент с висока разделителна способност) на Mars Reconnaissance Orbiter е виждала много форми на многоъгълници през годините след 2006 г., когато е влязла в орбита на Марс.

Полигонални дюни на Марс, заснети от камерата HiRISE на Mars Reconnaissance OrbiteПолигонални дюни на Марс, заснети от камерата HiRISE на Mars Reconnaissance Orbiter. Кредит: NASA/JPL-Caltech/UArizona

Научният екип от HiRISE обяснява, че както водата, така и въглеродният диоксид в твърдата си форма на сух лед играят основна роля при извайването на повърхността на Марс на високите географски ширини.

Воден лед, замръзнал в почвата, разделя земята на многоъгълни форми. След това, сух лед, сублимиращ се точно под повърхността, когато земята се затопли през пролетта, създава още по-голяма ерозия, създавайки канали около границите на полигоните.

Пролетни ветрила и многоъгълници на Марс, заснети от камерата HiRISE на Mars Reconnaissance Orbiter. Кредит: NASA/JPL-Caltech/UArizona

Многоъгълниците (полигоните) се образуват в продължение на много години, когато ледът близо до повърхността се свива и се разширява сезонно.

Но този покрит с многоъгълници регион показва още по-голяма пролетна активност, за което свидетелстват сините ветрилообразни елементи. Учените смятат, че в слоя от полупрозрачен сух лед, покриващ повърхността, се образуват вентилационни отвори, които позволяват на газа да излиза.

„Газът носи в себе си фини частици материал от повърхността, като допълнително ерозира каналите“ , пише екипът на сайта на HiRISE .

„Частиците падат на повърхността в тъмни ветрилообразни отлагания. Понякога тъмните частици потъват в сухия лед, оставяйки ярки следи там, където първоначално са били отложени частиците от вентилационните отвори. Често вентилационният отвор се затваря, след това се отваря отново, така че виждаме два или повече "ветрила", произхождащи от едно и също място, но ориентирани в различни посоки при промяна на вятъра."

широкомащабни полигони на дъното на марсиански кратер

Подробно изображение на широкомащабни полигони на дъното на кратера, причинени от процес на изсушаване, с по-малки полигони, причинени от предизвикано от температурните разлики свиване вътре. Централният полигон е с диаметър 160 метра, по-малките са с ширина от 10 до 15 метра, а пукнатините са с диаметър 5-10 метра. Кредит: NASA/JPL

Учените изучават повърхностите с полигонални шарки на Марс, защото тези особености им помагат да разберат разпределението на ледовете в плитката подземна повърхност, както и да предоставят свидетелства за климатичните условия за скорошните процеси и в по-далечното минало.

И Марс не е единственото място с многоъгълници. Полигонални шарки могат да бъдат намерени в арктическите и антарктическите региони на Земята, а прелитането през 2015 г. на космическия кораб New Horizons разкри полигони и на Плутон.

Многоъгълници, наблюдавани на ПлутонМногоъгълници, наблюдавани на Плутон. Кредит: NASA/JHUAPL/SWRI

В центъра вляво от огромната сърцевидна структура на Плутон – неофициално наречена „Tombaugh Regio“ – се намира огромна равнина без кратери, която изглежда е на не повече от 100 милиона години и вероятно все още се оформя от геоложки процеси.

Този замръзнал регион се намира на север от ледените планини на Плутон и е неофициално наречен "равнината на Спутник" (Sputnik Planum), в чест на първия изкуствен спътник на Земята. Повърхността изглежда е разделена на многоъгълни сегменти, които са оградени с тесни улеи.

Виждат се и елементи, които изглеждат като групи от могили и полета от малки ями. Това изображение е получено от Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) на 14 юли от разстояние от 77 000 километра.

Виждат се елементи, по-малки от 1 километър. Блокираният вид на някои функции се дължи на компресиране на изображението.

Източник: This Bizarre Terrain on Mars is Caused by Water Ice and Carbon Dioxide, Universe Today

Подобни фигури се срещат често при определени условия в природата. Физиците ги наричат "клетки на Бенар".

Клетките на Бенар

Клетките на Бенар възникват, когато имаме хоризонтален слой течност и определено вертикално разпределение на температурата. Долната повърхност на слоя течност се нагрява до дадена температура, по-висока от температурата на горната повърхност. При определени (гранични) условия в слоя течност се устанавява постоянен поток топлина, движещ се отдолу нагоре. Когато приложения градиент на температурата достигне някаква гранична стойност, състоянието на покой на течността (стационарното състояние, в което преноса на топлина се осъществява без помощта на конвекция само благодарение на топлопроводимостта) става неустойчиво.

През 1900 г. френският изследовател Анри Бенар (Henri Bénard) публикува докторската си дисертация "Cellular Eddies in a Horizontal Liquid Layer" с фотография на структура, напомняща пчелни кутийки. При нагряване отдолу на слой живак, налят в плосък широк съд, слоят се разпадал на еднакви вертикални шестостенни призми, които впоследствие били наречени клетки на Бенар

При клетките на Бенар неустойчивостта има прост механичен произход. Когато нагряваме течността отдолу, долния слой течност става по-малко плътен и центъра на тежестта се премества нагоре. След някаква критична точка системата се "срива", колапсира и възниква такова движение на молекулите (конвекция), което е съгласувано или кохерентно. При това пренасянето на топлина става по-интензивно. 

benar

Движението на течността поражда сложна пространствена организация на системата. Милиони молекули се движат съгласувано, образувайки конвекционни клетки във форма на правилни шестоъгълници с някакъв определен размер.

Дисипативните системи на Пригожин

Феноменът на Бенар е засега от най-известните концепции за "системи далеч от равновесие" , изобретени от белгийския химик Иля Пригожин през 1970 г. Това са "подредени структури", които спонтанно се образуват в неравновесна среда. Тези видове конструкции се наричат дисипативни структури от фр. dissipation – разсейване, загуба. 

Това като че ли противоречи на втория принцип на термодинамиката – закона за нарастването на ентропията – според който самопроизволно нараства само хаосът, но не организираността.

Структурата на Бенар позволява на системата да оцелее в потока на постъпващата отвън енергия чрез максимално ефективен начин на разсейване на енергията.

"В класическата термодинамика топлинният поток се смяташе за източник на загуби. В клетките на Бенар топлинният поток става източник на порядък" - пише Пригожин. Той доказва, че в дисипативните системи при дадени външни условия, които пречат на системата да постигне термодинамично равновесие, от възможните стационарни състояния се избира такова с минимум производство на ентропия (теорема на Пригожин).

Дисипацията (разсейването) на енергия в течности зависи от отношенето на площта на клетката към обема й (специфичната повърхност): колкото е по-малко това отношение, толкова е по-малка дисипацията. Не е трудно да се убедим, че с най-малката специфичната повърхност се характеризира именно шестостенната клетка. С други думи, в пълно съответствие с изложените принципи, в експеримента на Бенар се реализира наи-изгодната енергийно конфигурация на клетките. 

benar

Аналози на клетките на Бенар в стълбчатите шестостенни структури при базалти и гранити.

Самата Земя, а и цялата Слънчева система, също е възникнала като дисипативна структура за сметка на разсеяните в пространството огромни количества космическо вещество и енергия. Днес Земята се е превърнала от дисипативна в почти статична структура. Но в нея продължават да текат динамични процеси - промяната на магнитното поле, движенията на земната кора и притока на вещества от недрата й – вулкани, геотермални извори и др. Тези потоци осигуряват съществуването на йерархии от различни дисипативни структури, като биосферата например. Биосферата е напълно обезпечена с потоци вещества от Земята, а също и с потоци енергия от нея, Слънцето и излъчванията от космоса.

От термодинамична гледна точка животът е гигантска дисипативна структура, състояща се от множество по-малки дисипативни структури.

Произходът на живота от нежива материя е термодинамично възможен, защото за Земята като цяло условието за образуване на дисипативни структури е изпълнено, и затова не е удивително, че на нея са възникнали различни сложни структури – континенти, облаци, урагани, водни течения и накрая - биосферата.

Шестоъгълни облаци - клетки на Бенар. Снимка: MODIS/14 април, 2010.


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.