¿Es esta materia blanca vista por el Mars Phoenix Lander agua o hielo de dióxido de carbono?

Resulta que hay un documento que habla sobre este parche de hielo exacto: es hielo de agua y se refieren a la sección blanca en la parte superior. (Los pequeños gránulos en la parte inferior izquierda también pueden ser hielo de agua, pero no lo mencionan específicamente. Ciertamente se ven como pequeños trozos de hielo).

Cull et al (2010) "Composiciones de hielos subterráneos en el sitio de aterrizaje de Mars Phoenix", Geophysical Research Letters vol 37, doi: 10.1029/2010GL045372 . ( copia del repositorio ):

Ocho de estas [trincheras] expusieron hielo de agua bajo la superficie. Los hielos del subsuelo se dividen en dos categorías distintas: un hielo relativamente brillante que se encuentra en las trincheras Dodo-Goldilocks y Upper Cupboard (llamado aquí "hielo tipo Dodo-Goldilocks") (Figura 2a)...

Su figura 2a es exactamente la imagen (izquierda) que tienes arriba.

Figura 2. Imágenes SSI de los dos tipos de hielo. (a) La trinchera Dodo-Goldilocks en el lugar de aterrizaje de Phoenix. El material de tono claro en la zanja es hielo de agua, confirmado por espectros SSI.

Entonces se identificó como hielo de agua y se confirmó por espectroscopia.

tl; dr: La tasa de sublimación lenta durante 4 días descarta el CO2 como componente principal (que se habría sublimado mucho más rápido cuando se expuso a la atmósfera cálida y la luz solar), y la medición cuidadosa de la fuerte pendiente descendente en la reflectividad en el el infrarrojo cercano a aproximadamente 1 micrón de imágenes hiperespectrales demuestra ~ 99% de hielo de agua para al menos una de las ubicaciones.

Agregaré a la excelente respuesta de @Andrew

El generador de imágenes estéreo de la superficie de Phoenix Lander es un par de cámaras equipadas con ruedas de filtro giratorias que le permiten obtener imágenes multiespectrales , que es una forma tosca de espectroscopia de imágenes. Las dos ruedas están engranadas juntas y tienen doce posiciones.

De MT Lemmon et al. (2008) Investigación de Phoenix Surface Stereo Imager (SSI) (Lunar and Planetary Science XXXIX (2008)) (también aquí ):

La rueda de filtros contiene pares estéreo combinados rojo y azul, 6 filtros de densidad neutra para mediciones de polvo atmosférico y vapor de agua, un total de 13 bandas multiespectrales únicas, dioptrías infrarrojas y azules para imágenes de cubierta y un polarizador lineal infrarrojo. Los filtros de color y dioptrías se mantienen en el ojo derecho; los filtros infrarrojos están a la izquierda. La Tabla 1 muestra el conjunto de filtros SSI. La mayoría de los filtros están mejor enfocados cerca de los 3 m, con un buen enfoque desde los 2 m hasta el infinito; los filtros de cubierta están enfocados a 1-1,4 m.

haga clic para ampliar a la izquierda: Figura 1. El cabezal de la cámara SSI. derecha: Tabla 1. Filtros SSI.

De PH Smith et al. (2001) El MVACS Surface Stereo Imager en Mars Polar Lander podemos ver los pasos de banda detallados de cada filtro

haga clic para más grande

Figura 8. (a) Respuesta espectral relativa del filtro geológico a T = -20øC para los 12 filtros enumerados en la Tabla 4. (b) Perfiles de filtro solar para los filtros en la Tabla 5.

Y de Cull et al. (2010) Composiciones de hielos subterráneos en el sitio de aterrizaje de Mars Phoenix vinculados en la respuesta de @Andrew, podemos ver cómo se usan para identificar el hielo como hielo de agua :

Figura 4. (a) Comparación de profundidades de banda de 1,001 μm en varios resultados del modelo. Cualquier composición con >1 % en peso de suelo enmascara la absorción de 1,001 μm, lo que ilustra que Dodo-Goldilocks debe tener al menos un 99 % en peso de hielo de agua pura. (b) Hielo recién expuesto (<2 horas) en la trinchera Blancanieves (línea gruesa) frente a los resultados del modelo de mezclas de hielo y suelo. Las longitudes de onda más cortas no se ajustan al espectro observado; sin embargo, esto es de esperar debido al análogo de suelo utilizado en el modelo. El albedo general y la forma de las longitudes de onda más largas es la base de nuestra interpretación de 30 % en peso +/− 20 % en peso”.

Entonces, ¿qué los hace tan seguros de que es hielo de agua?

Es esa caída en la reflectividad de alrededor de 1 micrón.

4. Discusión

Aunque el modelado no pudo producir proporciones exactas de hielo:suelo, ha restringido la fracción de hielo en los tipos de hielo Dodo-Goldilocks y Snow White. Debido a que la pendiente de 1,001 μm no está enmascarada en los hielos Dodo-Goldilocks, Dodo-Goldilocks debe tener al menos un 99% en peso de hielo de agua pura. Se estima que los hielos de Blancanieves tienen <50 % en peso de hielo, con un mejor ajuste de ~30 ± 20 % en peso de hielo. Estas estimaciones son consistentes con otras observaciones de Phoenix: ∼30 % en peso de hielo es ∼55 % en volumen de hielo, lo cual es consistente con las estimaciones de la Sonda de conductividad térmica y eléctrica (TECP) de 50–55 % de porosidad para suelos promedio libres de hielo derivados de mediciones capacidad calorífica [Hudson et al., 2009; Zent et al., 2010]. Si el hielo se difundiera en este suelo, llenando el espacio poroso, representaría ∼50–55% vol. de la mezcla.

Véase Phoenix (nave espacial); Sonda de conductividad térmica y eléctrica (TECP) .

Aquí hay algunos ejemplos de la pendiente descendente a 1 micrón de las mediciones de reflectividad (albedo) de la nieve en la Tierra, de las propiedades reflectantes del hielo marino blanco y la nieve. Elegí algunos ejemplos con nieve fácil de reconocer, pero hay muchos más en el documento y ellos todos muestran esta pronunciada pendiente descendente a 1 micrón.

Creo que también puede haber un diagrama de fase y un argumento de tasa de sublimación, pero no estoy seguro. El hielo de CO2 ocurre en Marte, principalmente en el polo que está experimentando la medianoche invernal (es decir, sin sol), pero también puede ocurrir debajo de la superficie incluso cuando la luz del sol está presente en la superficie, por lo que esta es una buena pregunta.

Actualización: De Phoenix (nave espacial) de Wikipedia:

El 19 de junio de 2008 (sol 24), la NASA anunció que grupos de material brillante del tamaño de un dado en la zanja "Dodo-Ricitos de oro" excavada por el brazo robótico se habían evaporado en el transcurso de cuatro días, lo que implica fuertemente que estaban compuestos de agua . hielo que se sublimó después de la exposición. Si bien el hielo seco también se sublima, en las condiciones actuales lo haría a un ritmo mucho más rápido que el observado. (tres referencias citadas)

De Planetary Society's 2008 Phoenix Scientists Confirm Water-Ice on Mars (archivado) :

"Creemos que estas cosas son agua helada", reiteró Lemmon durante la conferencia de prensa. "En el transcurso de sentarse en el ambiente marciano muy frío pero seco y tener la luz del sol sobre ellos por la mañana, se sublimaron. La sal no se comporta así". No podrían haber sido hielo de dióxido de carbono (CO2) a las temperaturas locales, porque ese material no habría sido estable ni siquiera por un día como sólido, dijo.

GIF animado:

...imágenes que muestran la sublimación del hielo en la trinchera informalmente llamada "Dodo-Ricitos de oro" en el transcurso de cuatro días. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Universidad de Arizona/Texas A&M University

De nasa.gov/mission_pages Bright Chunks en el sitio de Marte de Phoenix Lander debe haber sido hielo 06.19.08

¿Algo más?

De Chemistry SE's ¿Qué "sal exótica" puede reducir el punto de congelación del agua en 70 °C? :

Gotas de posible salmuera ( agua realmente salada) fotografiadas en uno de los puntales de aterrizaje de Phoenix poco después de llegar a Marte. Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidad de Arizona/Instituto Max Planck

Exponer el hielo de agua a la luz del sol probablemente conduzca a su sublimación, lo que explica su desaparición gradual. Curiosamente, el agua se condensó en algunas áreas frías y sombreadas debajo del módulo de aterrizaje Phoenix y permaneció líquida de alguna manera. Se plantea la hipótesis de que la concentración extrema de sal permitió que permaneciera líquido durante un tiempo a -70 C.

Todavía no me queda claro si se supone que el agua en estas gotas proviene directamente de la sublimación del hielo que se muestra en las fotos o no.

Trivialidades

Como MT Lemmon et al. (2008) La investigación Phoenix Surface Stereo Imager (SSI) (Lunar and Planetary Science XXXIX (2008)) (también aquí ) señala:

Phoenix incluye un indicador para las mediciones del viento y SSI se utiliza para monitorear el indicador.

• ¿Se usó el indicador del Mars Phoenix Lander para meteorología? ¿Por qué no un anemómetro de hilo caliente en su lugar?
• ¿Cómo mide InSight la velocidad del viento?

arriba: GIF de imágenes transmitidas desde Marte. De la página del proyecto The Telltale en el Laboratorio de Simulación de Marte . También archivado aquí .