Takket være årtier med efterforskning ved hjælp af robot orbiter-missioner, landere og rovere, er forskere sikre på, at der for milliarder af år siden flydede flydende vand på Mars's overflade. Derudover er der stadig mange spørgsmål, som inkluderer, om vandstrømmen var intermitterende eller regelmæssig. Med andre ord, var Mars virkelig et “varmt og vådt” miljø for milliarder af år siden, eller var det mere i retning af “koldt og iset”?
Disse spørgsmål er vedvarende på grund af arten af Mars 'overflade og atmosfære, som giver konfliktagtige svar. Ifølge en ny undersøgelse fra Brown University ser det ud til, at begge dele kunne være tilfældet. Grundlæggende kunne tidlige Mars have haft betydelige mængder overfladis, som oplevede periodisk smeltning og produceret nok flydende vand til at udskære de gamle dale og søebedge set på planeten i dag.
Undersøgelsen med titlen "Sen Noachian Icy Highlands Klimamodel: Undersøgelse af muligheden for kortvarig smeltning og fluvial / Lacustrine aktivitet gennem højeste årlige og sæsonmæssige temperaturer", for nylig dukket op i Icarus. Ashley Palumbo - en ph.d. studerende ved Browns Institut for Jord-, Miljø- og Planetvidenskab - ledede undersøgelsen og blev sammen med hendes vejledende professor (Jim Head) og professor Robin Wordsworth fra Harvard University's School of Engineering and Applied Sciences.
Af hensyn til deres undersøgelse forsøgte Palumbo og hendes kolleger at finde broen mellem Mars 'geologi (hvilket antyder, at planeten engang var varm og våd) og dens atmosfæriske modeller, der antyder, at den var kold og is. Som de demonstrerede, er det sandsynligt, at Mars i løbet af fortiden generelt blev frosset ned med gletsjere. Under de daglige høje temperaturer om sommeren smeltede disse gletschere ved kanterne for at producere flydende vand.
Efter mange år, konkluderede de, ville disse små aflejringer af smeltevand have været nok til at skære de funktioner, der blev observeret på overfladen i dag. Mest bemærkelsesværdigt kunne de have skåret de slags dalenetværk, der er blevet observeret på Mars sydlige højland. Som Palumbo forklarede i en pressemeddelelse fra Brown University, blev deres undersøgelse inspireret af lignende klimadynamik, der finder sted her på Jorden:
”Vi ser dette i de tørre dale i Antarktis, hvor sæsonmæssig temperaturvariation er tilstrækkelig til at danne og opretholde søer, selvom den gennemsnitlige årlige temperatur er langt under frysepunktet. Vi ønskede at se, om noget lignende kunne være muligt for det gamle Mars. ”
For at bestemme forbindelsen mellem de atmosfæriske modeller og geologiske beviser begyndte Palumbo og hendes team med en avanceret klimamodel for Mars. Denne model antog, at for 4 milliarder år siden atmosfæren primært var sammensat af kuldioxid (som det er i dag), og at solens produktion var meget svagere end den er nu. Fra denne model bestemte de, at Mars generelt var koldt og iskoldt i de tidligere dage.
De inkluderede dog også et antal variabler, som muligvis også var til stede på Mars for 4 milliarder år siden. Disse inkluderer tilstedeværelsen af en tykkere atmosfære, hvilket ville have muliggjort en mere markant drivhuseffekt. Da forskere ikke kan være enige om, hvor tæt Mars 'atmosfære var mellem 4,2 og 3,7 milliarder år siden, kørte Palumbo og hendes team modellerne for at tage hensyn til forskellige plausible niveauer af atmosfæretæthed.
De overvejede også variationer i Mars 'bane, der kunne have eksisteret for 4 milliarder år siden, hvilket også har været genstand for nogle gætterier. Også her testede de en lang række plausible scenarier, der omfattede forskelle i aksial hældning og forskellige grader af excentricitet. Dette ville have påvirket, hvor meget sollys der modtages af den ene halvkugle over den anden og ført til mere markante sæsonvariationer i temperaturen.
I sidste ende producerede modellen scenarier, hvor is dækkede regioner nær placeringen af dalenetværkene i det sydlige højland. Mens planetens gennemsnitlige årlige temperatur i disse scenarier lå godt under frysepunktet, producerede den også høje sommertemperaturer i regionen, der steg over frysepunktet. Det eneste, der blev tilbage, var at demonstrere, at mængden af produceret vand ville være tilstrækkeligt til at udskære disse dale.
Heldigvis, i 2015, oprettede professor Jim Head og Eliot Rosenberg (en studerende hos Brown på det tidspunkt) en undersøgelse, der estimerede den mindste mængde vand, der kræves for at producere den største af disse dale. Ved hjælp af disse estimater sammen med andre studier, der leverede estimater af nødvendige afstrømningshastigheder og varigheden af dannelse af dalenetværk, fandt Palumbo og hendes kolleger et model-afledt scenarie, der fungerede.
Grundlæggende fandt de, at hvis Mars havde en excentricitet på 0,17 (sammenlignet med dets nuværende eksentricitet på 0,0934), er en aksial hældning på 25 ° (sammenlignet med 25,19 ° i dag) og et atmosfærisk tryk på 600 mbar (100 gange hvad det er i dag) så ville det have taget ca. 33.000 til 1.083.000 år at producere nok smeltevand til at danne dalenetværkene. Men hvis man antager en cirkulær bane, en aksial flise på 25 ° og en atmosfære på 1000 mbar, ville det have taget omkring 21.000 til 550.000 år.
Graderne af excentricitet og aksial hældning, der kræves i disse scenarier, ligger godt inden for området for mulige kredsløb for Mars for 4 milliarder år siden. Og som Head påpegede, kunne denne undersøgelse forene det atmosfæriske og geologiske bevis, der har været på spids i fortiden:
”Dette arbejde tilføjer en plausibel hypotese for at forklare den måde, hvorpå flydende vand kunne have dannet sig på det tidlige Mars, på en måde svarende til den sæsonbestemte smeltning, der producerer de vandløb og søer, vi observerer under vores feltarbejde i de antarktiske McMurdo Dry Valleys. Vi udforsker i øjeblikket yderligere mekanismer til opvarmning af kandidater, herunder vulkanisme og påvirkningskrater, der muligvis også kan bidrage til smeltning af en kold og iskaldt tidlig Mars. ”
Det er også vigtigt, idet det viser, at Mars-klimaet var udsat for variationer, der også sker regelmæssigt her på Jorden. Dette giver endnu en indikation af, hvordan vores to fly er ens på nogle måder, og hvordan forskning af det ene kan hjælpe med at fremme vores forståelse af det andet. Sidst, men ikke mindst, tilbyder det en vis syntese til et emne, der har frembragt en rimelig andel af uenighed.
Emnet for, hvordan Mars kunne have oplevet varmt, strømmende vand på dens overflade - og på et tidspunkt, hvor solens output var meget svagere end det er i dag - har fortsat været genstand for meget debat. I de senere år har forskere fremført forskellige forslag til, hvordan planeten kunne have været opvarmet, lige fra cirrusskyer til periodiske udbrud af metangas fra under overfladen.
Selvom denne seneste undersøgelse ikke helt har afgjort debatten mellem de "varme og vandige" og de "kolde og iskolde" lejre, giver den overbevisende bevis for, at de to måske ikke er gensidigt eksklusive. Undersøgelsen var også genstand for en præsentation foretaget på den 48. Lunar and Planetary Science Conference, der fandt sted fra 20. til 24. marts i The Woodland, Texas.
