Завдяки десятиліттям розвідки з використанням робототехнічних орбітальних місій, десанторів та роверів, вчені впевнені, що мільярди років тому на поверхню Марса текла рідка вода. Крім цього, залишилось багато питань, серед яких - чи перебіг води був переривчастим чи регулярним. Іншими словами, чи був Марс справді "теплим і вологим" середовищем мільярди років тому, чи це було більше за "холодним і крижаним"?
Ці питання зберігаються завдяки природі поверхні та атмосфери Марса, які пропонують суперечливі відповіді. Згідно нового дослідження університету Браун, виявляється, що це може бути і тим, і іншим. В основному, на ранньому Марсі могла бути значна кількість поверхневого льоду, який зазнавав періодичного танення, виробляючи достатню кількість рідкої води, щоб вирізати стародавні долини та озерні дна, які сьогодні бачать на планеті.
Дослідження під назвою «Кліматична модель пізнього ноахійського льодовикового нагір'я: дослідження можливості перехідного плавлення та активності грипу / лакустрини через пікові річні та сезонні температури», нещодавно з'явилася в Ікар. Ешлі Паламбо - доктор наук. студентка кафедри Брауна, що займається наукою про землю, навколишнє середовище та планетарні науки, до неї приєдналися її керівник (Джим Хед) та професор Робін Вордсворт з Інженерно-прикладних наук Гарвардського університету.
Заради свого дослідження Паламбо та її колеги прагнули знайти міст між геологією Марса (що говорить про те, що планета колись була теплою і мокрою) та її атмосферними моделями, які дозволяють припустити, що вона холодна і крижана. Як вони продемонстрували, правдоподібно, що в минулому Марс взагалі замерзав льодовиками. Під час пікових добових температур влітку ці льодовики танули б на узліссях, утворюючи проточну воду.
Після багатьох років, вони зробили висновок, цих невеликих родовищ талої води було б достатньо для вирізання особливостей, які спостерігаються на поверхні сьогодні. Найбільш помітно, що вони могли вирізати види долинних мереж, які спостерігалися на південному високогір'ї Марса. Як пояснив Паламбо в прес-релізі Браунського університету, їх дослідження було натхнено подібною динамікою клімату, що відбувається тут, на Землі:
«Ми це бачимо на сухих долинах Антарктики, де сезонних коливань температури достатньо для формування та підтримки озер, хоча середня річна температура значно нижче замерзання. Ми хотіли дізнатись, чи можливо щось подібне для древнього Марса ».
Щоб визначити зв’язок між атмосферними моделями та геологічними доказами, Палумбо та її команда розпочали сучасну модель клімату для Марса. Ця модель передбачала, що 4 мільярди років тому атмосфера в основному складалася з вуглекислого газу (як це є сьогодні), а вихід Сонця був набагато слабшим, ніж зараз. З цієї моделі вони визначили, що Марс взагалі був холодним і крижаним у свої попередні дні.
Однак вони також включали ряд змінних, які, можливо, також були на Марсі 4 мільярди років тому. Сюди можна віднести наявність більш густої атмосфери, що дозволило б досягти більш значного парникового ефекту. Оскільки вчені не можуть погодитися, наскільки щільною була атмосфера Марса між 4,2 і 3,7 мільярда років тому, Палумбо та її команда керували моделями, щоб врахувати різні правдоподібні рівні атмосферної щільності.
Вони також розглядали варіації орбіти Марса, які могли існувати 4 мільярди років тому, про що також можна було здогадатися. Тут також вони перевірили широкий спектр правдоподібних сценаріїв, що включав різниці в осьовому нахилі та різному ступені ексцентриситету. Це впливало б на те, скільки сонячного світла отримує одна півсфера над іншою, і призвело б до значніших сезонних коливань температури.
Врешті-решт, модель створила сценарії, в яких крижані райони поблизу розташування долинних мереж у південній частині гори. Незважаючи на те, що середня річна температура на планеті в цих сценаріях була значно нижчою за морозу, вона також призвела до пікових температур літнього часу в регіоні, що піднявся вище замерзання. Залишилося лише продемонструвати, що об'єм води, що випускається, буде достатньо, щоб вирізати ці долини.
На щастя, ще в 2015 році професор Джим Хед та Еліот Розенберг (студент, який тоді був Браун) створили дослідження, в якому оцінили мінімальну кількість води, необхідну для отримання найбільшої з цих долин. Використовуючи ці оцінки, разом з іншими дослідженнями, що давали оцінки необхідних показників стоку та тривалості формування долинної мережі, Палумбо та її колеги знайшли модельний сценарій, який працював.
В основному, вони виявили, що якщо Марс мав ексцентриситет 0,17 (порівняно з його ексцентриситетом 0,0934), осьовий нахил у 25 ° (порівняно з 25,19 ° сьогодні) та атмосферний тиск 600 мбар (в 100 разів більше, ніж це сьогодні) тоді знадобилося б приблизно від 33 000 до 1,083 000 років для виробництва достатньої кількості талої води для формування долинних мереж. Але якщо припустити кругову орбіту, осьову плитку 25 ° та атмосферу 1000 мбар, це зайняло б від 21 000 до 550 000 років.
Ступені ексцентриситету та осьового нахилу, необхідні в цих сценаріях, знаходяться в межах діапазону можливих орбіт для Марса 4 мільярди років тому. І, як зазначив Глава, це дослідження могло б узгодити атмосферні та геологічні дані, які суперечилися в минулому:
"Ця робота додає правдоподібну гіпотезу, щоб пояснити спосіб, яким рідка вода могла утворитися на ранньому Марсі, таким чином, як сезонне танення, що створює потоки та озера, які ми спостерігаємо під час наших польових робіт в сухих долинах Антарктики Макмурдо. Зараз ми вивчаємо додаткові механізми потепління кандидатів, включаючи вулканізм та кратери, що можуть також сприяти таненню холодного та крижаного раннього Марса ».
Він також важливий тим, що він демонструє, що клімат Марса зазнавав змін, які також регулярно трапляються тут, на Землі. Це дає ще один показник того, наскільки дві наші площини схожі в деяких аспектах, і як дослідження одного можуть допомогти просунути наше розуміння іншого. І останнє, але не менш важливе, воно пропонує певний синтез предмету, який породив неабияку частку розбіжностей.
Тема, як Марс міг відчути теплу, течучу воду на своїй поверхні - і в той час, коли вихід Сонця був набагато слабшим, ніж сьогодні, - залишається предметом багато дискусій. В останні роки дослідники висунули різні пропозиції щодо того, як планету можна було потепліти, починаючи від хмарних хмар до періодичних вибухів газу метану з-під поверхні.
Хоча це останнє дослідження не зовсім врегулювало дискусію між "теплими та водянистими" та "холодними та крижаними" таборами, воно дає переконливі докази того, що вони можуть не бути взаємовиключними. Дослідження також було предметом презентації, зробленої на 48-й Конференції про місячні та планетарні науки, яка проходила з 20 по 24 березня в Вудленді, штат Техас.
