Благодарение на десетилетия на проучвания, използващи роботизирани орбитни мисии, десанти и роувъри, учените са сигурни, че преди милиарди години течната вода е течала на повърхността на Марс. Отвъд това са останали много въпроси, които включват дали водният поток е бил периодичен или редовен. С други думи, наистина ли Марс беше "топла и мокра" среда преди милиарди години, или беше по-скоро по линия на "студено и ледено"?
Тези въпроси се запазват поради естеството на повърхността и атмосферата на Марс, които предлагат противоречиви отговори. Според ново проучване от Браун университет, изглежда, че и двете може да са така. По принцип ранният Марс е можел да има значителни количества повърхностен лед, който е преживявал периодично топене, произвеждайки достатъчно течна вода, за да издълбае древните долини и езера в днешната планета.
Изследването, озаглавено „Климатичен модел на късния ноазийски леден хайлайнс: проучване на възможността за преходно топене и активност на флувиалната / лакустрина чрез пикови годишни и сезонни температури“, наскоро се появи в Икар. Ашли Паламбо - доктор на науките. студент от катедрата на Браун в науките за Земята, околната среда и планетата - ръководи изследването и се присъедини от нейния надзорен професор (Джим Хед) и професор Робин Уордсуърт от Училището за инженерни и приложни науки на Харвардския университет.
Заради своето проучване Палумбо и нейните колеги се стремят да намерят моста между геологията на Марс (което предполага, че планетата някога е била топла и мокра) и нейните атмосферни модели, които предполагат, че е студено и ледено. Както те демонстрираха, вероятно е през миналото Марс като цяло да е бил замръзнал с ледници. По време на пиковите дневни температури през лятото, тези ледници биха се стопили по краищата, за да произвеждат течаща вода.
След много години, заключиха те, тези малки находища на топи води биха били достатъчни, за да издълбаят чертите, наблюдавани днес на повърхността. Най-важното е, че те биха могли да издълбаят видовете мрежи на долината, които са наблюдавани в южните планински райони на Марс. Както Palumbo обясни в прессъобщение на Brown University, тяхното проучване е вдъхновено от подобна динамика на климата, която се провежда тук на Земята:
„Това виждаме в сухите долини на Антарктида, където сезонните колебания на температурата са достатъчни за формиране и поддържане на езера, въпреки че средната годишна температура е доста под замръзване. Искахме да видим дали нещо подобно може да е възможно за древен Марс. "
За да установят връзката между атмосферните модели и геоложки доказателства, Палумбо и нейният екип започнаха с най-съвременния климатичен модел за Марс. Този модел предполага, че преди 4 милиарда години атмосферата е била съставена предимно от въглероден диоксид (както е днес) и че изходът на Слънцето е много по-слаб, отколкото сега. От този модел те определиха, че Марс като цяло е студен и леден през по-ранните си дни.
Те обаче включват и редица променливи, които може би са присъствали и на Марс преди 4 милиарда години. Те включват наличието на по-плътна атмосфера, което би позволило по-значителен парников ефект. Тъй като учените не могат да се съгласят колко плътна атмосфера на Марс е била между 4,2 и 3,7 милиарда години, Палумбо и нейният екип ръководиха моделите, за да вземат предвид различни правдоподобни нива на атмосферната плътност.
Те също така разглеждат вариации в орбитата на Марс, които биха могли да съществуват преди 4 милиарда години, което също беше обект на предположения. И тук те тестваха широк спектър от правдоподобни сценарии, включващи разлики в аксиален наклон и различни степени на ексцентричност. Това би повлияло колко слънчева светлина се получава от едно полукълбо над друго и би довело до по-значителни сезонни колебания в температурата.
В крайна сметка моделът създаде сценарии, при които ледовете покриват райони в близост до местоположението на долинните мрежи в южните планини. Въпреки че средната годишна температура на планетата в тези сценарии беше доста под замръзване, тя също доведе до пикови температури през лятото в региона, които се покачиха над замръзване. Единственото, което остана, беше да демонстрира, че обемът на произведената вода ще бъде достатъчен за издълбаването на тези долини.
За щастие, още през 2015 г., професор Джим Хед и Елиът Розенберг (студент по онова време с Браун) създадоха проучване, което прецени минималното количество вода, необходимо за производството на най-голямата от тези долини. Използвайки тези оценки, заедно с други проучвания, които предоставят оценки на необходимите темпове на балотаж и продължителността на формирането на мрежата на долината, Палумбо и нейните колеги откриват сценарий, получен от модел, който работи.
По принцип те откриха, че ако Марс имаше ексцентриситет 0,17 (в сравнение със сегашната си ексцентричност 0,0934), аксиален наклон от 25 ° (в сравнение с 25,19 ° днес) и атмосферно налягане от 600 мбар (100 пъти повече от днес) тогава биха били необходими около 33 000 до 1 083 000 години, за да се произведе достатъчно стопила вода, за да се образуват мрежите на долината. Но ако се приеме за кръгова орбита, аксиална плочка от 25 ° и атмосфера от 1000 мбар, биха отнели около 21 000 до 550 000 години.
Степента на ексцентриситет и аксиален наклон, изисквани в тези сценарии, са много в рамките на възможните орбити за Марс преди 4 милиарда години. И както посочи ръководителят, това проучване би могло да съгласува атмосферните и геоложки доказателства, противоречиви в миналото:
„Тази работа добавя правдоподобна хипотеза, за да обясни начина, по който течната вода би могла да се образува на ранния Марс, по начин, подобен на сезонното топене, което произвежда потоците и езерата, които наблюдаваме по време на нашата полева работа в сухите долини на Антарктида Макмурдо. В момента проучваме допълнителни механизми за затопляне на кандидатите, включително вулканизъм и кратери с удар, които също могат да допринесат за топенето на студен и леден ранен Марс. "
Показателно е и с това, че демонстрира, че климатът на Марс е бил обект на промени, които също се случват редовно тук, на Земята. Това дава още една индикация за това, как нашите две равнини са сходни по някакъв начин и как изследванията на едната могат да помогнат за по-доброто разбиране на другия. Не на последно място, той предлага известен синтез на тема, която породи справедлив дял на несъгласие.
Темата за това как Марс би могъл да изпита топла, течаща вода по повърхността си - и във време, когато изходът на Слънцето беше много по-слаб, отколкото е днес - остана обект на много дебати. През последните години изследователите внесоха различни предложения за това как планетата би могла да се затопли, като се започне от кръстосани облаци до периодични изблици на газ метан изпод повърхността.
Въпреки че това последно проучване не е решило съвсем дебата между „топлите и воднисти” и „студените и ледени” лагери, то предлага неопровержими доказателства, че двамата може да не са взаимно изключващи се. Проучването също беше предмет на презентация, направена на 48-ата конференция за лунната и планетарната наука, която се проведе от 20 до 24 март в The Woodland, Texas.
