Díky desetiletím průzkumu pomocí misí robotických orbiterů, landerů a roverů jsou si vědci jisti, že před miliardami let proudila na povrch Marsu kapalná voda. Kromě toho zůstalo mnoho otázek, které zahrnují, zda byl průtok vody přerušovaný nebo pravidelný. Jinými slovy, byl Mars před miliardami let skutečně „teplým a vlhkým“ prostředím, nebo to bylo spíše v duchu „studeného a ledového“?
Tyto otázky přetrvávají kvůli povaze povrchu a atmosféry Marsu, které nabízejí protichůdné odpovědi. Podle a nové studium z Brown University, zdá se, že by to mohlo být obojí. V zásadě mohl mít raný Mars značné množství povrchového ledu, který procházel periodickým táním a produkoval dostatek kapalné vody k vyhloubení prastarých údolí a dna jezer, která dnes na planetě vidíme.
Studie s názvem „ Klimatický model pozdní noachovské ledové vysočiny: zkoumání možnosti přechodného tání a fluviální/lakustrinní aktivity prostřednictvím nejvyšších ročních a sezónních teplot “, nedávno se objevil vIkar.Ashley Palumbo – Ph.D. student s Brownem Ústav vědy o Zemi, životním prostředí a planetární vědě – vedla studii a připojili se k ní její dohlížející profesor (Jim Head) a profesor Robin Wordsworth z Harvardské univerzity Škola inženýrství a aplikovaných věd .
Rozsáhlé údolní sítě procházející jižní vysočinou Marsu naznačují, že planeta byla kdysi teplejší a vlhčí. Poděkování: NASA/JPL-Caltech/Arizonská státní univerzita
V zájmu své studie se Palumbo a její kolegové snažili najít most mezi geologií Marsu (což naznačuje, že planeta byla kdysi teplá a mokrá) a jejími atmosférickými modely, které naznačují, že byla studená a ledová. Jak ukázali, je pravděpodobné, že v minulosti byl Mars obecně zamrzlý ledovci. Během špičkových denních teplot v létě by tyto ledovce tály na okrajích a produkovaly tekoucí vodu.
Po mnoha letech dospěli k závěru, že tyto malé usazeniny roztavené vody by stačily k vyrytí rysů pozorovaných dnes na povrchu. Nejpozoruhodnější je, že mohli vytesat druhy sítí údolí, které byly pozorovány na jižní vysočině Marsu. Jako Palumbo vysvětlil v tiskové zprávě Brown University byla jejich studie inspirována podobnou dynamikou klimatu, která se odehrává zde na Zemi:
'Vidíme to v antarktických suchých údolích, kde sezónní teplotní výkyvy stačí k vytvoření a udržení jezer, i když průměrná roční teplota je hluboko pod bodem mrazu.' Chtěli jsme zjistit, zda je něco podobného možné pro starověký Mars.“
Aby zjistila souvislost mezi atmosférickými modely a geologickými důkazy, Palumbo a její tým začali s nejmodernějším klimatickým modelem pro Mars. Tento model předpokládal, že před 4 miliardami let byla atmosféra primárně složena z oxidu uhličitého (jako je tomu dnes) a že výstup Slunce byl mnohem slabší než nyní. Z tohoto modelu určili, že Mars byl během svých dřívějších dnů obecně studený a ledový.
Nanedi Valles, zhruba 800 kilometrů dlouhé údolí rozprostírající se na jihozápad-severovýchod a ležící v oblasti Xanthe Terra, jihozápadně od Chryse Planitia. Kredit: ESA/DLR/FU Berlín (G. Neukum)
Zahrnovaly však také řadu proměnných, které mohly být na Marsu také před 4 miliardami let. Patří mezi ně přítomnost hustší atmosféry, která by umožnila výraznější skleníkový efekt. Protože se vědci nemohou shodnout, jak hustá byla atmosféra Marsu před 4,2 až 3,7 miliardami let, Palumbo a její tým vytvořili modely, aby vzali v úvahu různé možné úrovně hustoty atmosféry.
Zvažovali také variace na oběžné dráze Marsu, které mohly existovat před 4 miliardami let, což bylo také předmětem určitých odhadů. I zde testovali širokou škálu věrohodných scénářů, které zahrnovaly rozdíly v axiálním náklonu a různé stupně excentricity. To by ovlivnilo, kolik slunečního světla je přijímáno jednou hemisférou nad druhou, a vedlo k výraznějším sezónním změnám teploty.
Nakonec model vytvořil scénáře, ve kterých led pokrýval oblasti poblíž umístění údolních sítí v jižní vysočině. Zatímco průměrná roční teplota planety v těchto scénářích byla hluboko pod bodem mrazu, také to způsobilo nejvyšší letní teploty v regionu, které vzrostly nad bod mrazu. Jediné, co zbývalo, bylo demonstrovat, že objem vyprodukované vody by stačil k vyhloubení těchto údolí.
Naštěstí v roce 2015 profesor Jim Head a Eliot Rosenberg (v té době vysokoškolák Browna) vytvořili studie který odhadoval minimální množství vody potřebné k výrobě největšího z těchto údolí. Pomocí těchto odhadů spolu s dalšími studiemi, které poskytly odhady nezbytných odtokových rychlostí a trvání tvorby sítě údolí, Palumbo a její kolegové našli scénář odvozený z modelu, který fungoval.
Byl Mars teplý a vodnatý (tj. modrá planeta?) nebo ledová koule, která občas tajila? Kredit: Kevin Gill
V podstatě zjistili, že pokud má Mars excentricitu 0,17 (ve srovnání se současnou excentricitou 0,0934), axiální sklon 25° (ve srovnání s 25,19° dnes) a atmosférický tlak 600 mbar (100krát vyšší než dnes) pak by trvalo asi 33 000 až 1 083 000 let, než by se vyrobilo dostatečné množství tající vody k vytvoření sítí údolí. Ale za předpokladu kruhové oběžné dráhy, axiální dlaždice 25° a atmosféry 1000 mbar by to trvalo asi 21 000 až 550 000 let.
Stupně excentricity a axiálního naklonění požadované v těchto scénářích jsou dobře v rozsahu možných drah Marsu před 4 miliardami let. A jako vedoucí uvedeno , tato studie by mohla uvést do souladu atmosférické a geologické důkazy, které byly v minulosti v rozporu:
'Tato práce přidává hodnověrnou hypotézu, která vysvětluje způsob, jakým se mohla kapalná voda tvořit na raném Marsu, podobným způsobem jako sezónní tání, které produkuje potoky a jezera, která pozorujeme během naší terénní práce v antarktických suchých údolích McMurdo. V současné době zkoumáme další kandidátské oteplovací mechanismy, včetně vulkanismu a impaktních kráterů, které by také mohly přispět k tání studeného a ledového raného Marsu.
Je také významný tím, že ukazuje, že podnebí na Marsu podléhalo změnám, které se pravidelně vyskytují i zde na Zemi. To poskytuje další náznak toho, jak jsou si naše dvě roviny v některých ohledech podobné a jak výzkum jednoho může pomoci zlepšit naše chápání druhého. V neposlední řadě nabízí určitou syntézu tématu, které vyvolalo značný podíl nesouhlasu.
Téma, jak mohl Mars zažít teplou, tekoucí vodu na svém povrchu – a v době, kdy byl výstup Slunce mnohem slabší než dnes – zůstal předmětem mnoha debat. V posledních letech vědci předložili různé návrhy, jak by se planeta mohla oteplovat, od cirrové mraky k periodickému výbuchy metanu z pod povrchu.
I když tato nejnovější studie zcela nevyřešila debatu mezi „teplými a vodnatými“ a „studenými a ledovými“ tábory, nabízí přesvědčivé důkazy, že se tyto dva nemusí vzájemně vylučovat. Studie byla také předmětem a prezentace vyrobeno na 48. konference o lunárních a planetárních vědách , který se konal od 20. do 24. března v The Woodland v Texasu.
Další čtení: Brown University , Ikar