Новый радарный метод позволяет ученым исследовать невидимые области ледяных щитов на Земле и ледяных мирах
Ученые из Института геофизики Техасского университета (UTIG) разработали радарную технику, позволяющую визуализировать скрытые структуры в верхних нескольких футах ледяных щитов. По словам исследователей, этот метод можно использовать для изучения таяния ледников на Земле, а также для обнаружения потенциально обитаемых сред на спутнике Юпитера Европе.
Близповерхностные слои ледяных щитов трудно изучать с помощью авиационных или спутниковых радиолокационных станций, проникающих сквозь лед, так как многие научно важные процессы происходят слишком близко к поверхности для точной визуализации. Это заставляло ученых полагаться на наземные инструменты, дающие лишь ограниченное покрытие, или извлекать ледяные керны — сложную и трудоемкую операцию, которую в настоящее время невозможно провести на других планетах.
Новая техника объединяет две разные полосы пропускания радара и ищет расхождения как способ повышения разрешения. Поскольку приборы устанавливаются на самолеты или спутники, ученые могут быстро обследовать обширные области льда.
Чтобы протестировать новый метод, команда провела радиолокационную съемку над ледяной шапкой Девон в канадской Арктике, где они картировали плитообразный слой непроницаемого льда вблизи поверхности. Дальнейший анализ показал, что этот ледяной слой перенаправляет талую воду с поверхности шапки в водные каналы вниз по склону. Исследование было опубликовано в мае 2023 года в журнале The Cryosphere.
По словам Кристиана Чана, аспиранта Школы геонаук Джексона UT, разработавшего технику, результаты исследования ледяного слоя могут помочь ученым предсказать будущее ледяной шапки и ее вклад в повышение уровня моря.
«Если у вас есть только относительно тонкие ледяные слои, то фирн [уплотненные снежные поверхностные слои] способен поглощать и удерживать талую воду с поверхности, — сказал Чан. — Но если эти непроницаемые плиты широко распространены, то вклад поверхностного таяния в повышение уровня моря усиливается».
Поверхностное таяние на ледяных щитах — обычное явление в летние месяцы. Когда верхний слой снега предыдущей зимы прогревается, талая вода просачивается вглубь и замерзает, образуя тонкие ледяные слои.
Однако большинство ледяных слоев на ледяной шапке Девон оказались намного толще, чем ожидалось, некоторые формируют плиты толщиной до 16 футов (около 5 метров) на протяжении нескольких миль. Это делает их очень эффективными для перенаправления талой воды, что исследователи подтвердили, сопоставив местоположение самых толстых ледяных плит с расположением рек талой воды.
Чан отметил, что результаты демонстрируют, чего ученые могут достичь с помощью новой техники.
«Мы использовали авиационный радар для обнаружения ледяных плит на ледяной шапке Девон, но то же самое применимо для обнаружения слоев с помощью орбитального радара на покрытых льдом "океанских" мирах, таких как спутник Юпитера Европа», — сказал он.
Чан входит в группу UTIG под руководством старшего научного сотрудника Дона Блэнкеншипа, которая разрабатывает радарный инструмент под названием REASON. Он будет запущен на борту космического аппарата NASA «Европа Клиппер» в 2024 году. Вместе с космическим аппаратом Европейского космического агентства, запущенным в этом году, у ученых вскоре будет два радара для зондирования льда, исследующих спутники Юпитера Европу и Ганимед. Обе радиолокационные системы совместимы с техникой Чана.
С помощью нового метода ученые смогут заглянуть в верхние несколько футов ледяных оболочек, где они могут найти замороженный рассол, остатки криовулканизма или даже отложения от шлейфов. Все это либо потенциальные места обитания, либо ключи к пониманию обитаемых сред в недрах, сказал соавтор Сирил Грима, научный сотрудник UTIG, который также входит в команду REASON.
«Кристиан дал нам возможность видеть вещи в этой скрытой части прямо под поверхностью, которая потенциально доступна для будущих посадочных модулей, — сказал Грима. — Это действительно улучшило разведывательные способности этих радаров».