Według nowego badania, nowo odkryte złoża warstwowego lodu w kraterach rozsianych po południowej półkuli Marsa dostarczają wglądu w to, w jaki sposób orientacja planety kontrolowała klimat planety w ciągu ostatnich 4 milionów lat. Odkrycia pomagają naukowcom zrozumieć, co kontrolowało przeszły klimat Marsa, co jest niezbędne do przewidywania, kiedy planeta mogła nadawać się do zamieszkania.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie AGU Geophysical Research Letters, w którym publikowane są krótkoformatowe badania o dużym wpływie, których implikacje dotyczą nauk o Ziemi i kosmosie.
Pokłady lodu na Marsie odzwierciedlają kombinację temperatury, hydrologii i dynamiki planet, podobnie jak na Ziemi. Nachylenie i orbita planety wpływają na temperaturę i światło słoneczne na powierzchni, które mają wpływ na klimat. Grubsze, bardziej czyste warstwy lodu generalnie odzwierciedlają zimne okresy z większą akumulacją lodu, podczas gdy cienkie, pyliste warstwy były prawdopodobnie cieplejsze i mniej zdolne do tworzenia lodu.
Nowe badanie dopasowuje te warstwy lodu do nachylenia osi Marsa i jego precesji orbitalnej, czyli tego, jak eliptyczna orbita planety obraca się wokół Słońca w czasie, z bezprecedensową rozdzielczością i pewnością.
Odkrycia dają naukowcom wgląd w zmiany klimatu Marsa w czasie. Chociaż badania ograniczają się do niedawnej przeszłości, ustalenie tych relacji między klimatem a orbitą pomaga naukowcom głębiej zrozumieć klimat marsjański w przeszłości, co może pomóc w określeniu okresów potencjalnego zamieszkania.
„To nieoczekiwane, jak dokładnie te wzorce pasują do cykli orbitalnych” – powiedział główny autor badania Michael Sori, planetolog z Purdue University. „To było po prostu idealne dopasowanie, tak dobre, o jakie można prosić”.
Od czapek do kraterów
Wcześniej marsjańscy klimatolodzy koncentrowali się na polarnych czapach lodowych, które rozciągają się na setki kilometrów. Ale złoża te są stare i mogły z czasem utracić lód, tracąc drobne szczegóły, które są niezbędne do pewnego ustalenia połączeń między orientacją i ruchem planety a jej klimatem.
Sori i jego koledzy zwrócili się do lodowych kopców w kraterach, szerokich na kilkadziesiąt kilometrów, ale znacznie świeższych i potencjalnie mniej skomplikowanych. Po przeszukaniu dużej części południowej półkuli, zidentyfikowali krater Burroughs o szerokości 74 kilometrów, który ma „wyjątkowo dobrze zachowane” warstwy widoczne ze zdjęć NASA HiRISE, powiedział Sori.
Naukowcy przeanalizowali grubości i kształty warstw i odkryli, że mają one uderzająco podobne wzorce do dwóch ważnych marsjańskich dynamik orbitalnych, nachylenia osi Marsa i precesji orbity, w ciągu ostatnich 4 do 5 milionów lat.
Odkrycia są lepsze w porównaniu z poprzednimi badaniami, w których wykorzystano zapisy klimatyczne lodu polarnego na Marsie, aby ustalić wstępne połączenia z orbitą. Ale te nagrania były zbyt „głośne” lub zbyt skomplikowane, by pewnie połączyć te dwie rzeczy. Młodszy, czystszy lód kraterowy zachowuje mniej skomplikowane zapisy klimatyczne, które naukowcy wykorzystali do precyzyjnego dopasowania zmian klimatycznych do precesji i przechyłu orbity.
Mars jako naturalne laboratorium
Rozpoznanie powiązań między cyklami orbitalnymi a klimatem jest ważne dla zrozumienia zarówno historii Marsa, jak i złożonej dynamiki klimatu na Ziemi. „Mars jest naturalnym laboratorium do badania kontroli orbitalnych w klimacie” – powiedział Sori, ponieważ wiele komplikujących czynników istniejących na Ziemi – biologia, tektonika – jest na Marsie pomijalne. W istocie cała planeta izoluje zmienną dla naukowców.
„Jeśli kiedykolwiek zrozumiemy klimat, musimy udać się do miejsc, w których nie występują te czynniki zakłócające” – powiedział Isaac Smith, planetolog z Planetary Science Institute i York University, który nie był zaangażowany w badania. W tym sensie „Mars jest nieskazitelną planetą. I jest tu wiele potencjalnych zastosowań. Mars ma o wiele więcej wspólnego z Plutonem i Trytonem, niż myślisz”.
Nie wszystkie mniejsze złoża lodu mają na swojej powierzchni czyste, odsłonięte warstwy. Niektóre mogą być ukryte w kopcach. Ostatecznie, powiedział Sori, celem jest pobranie próbek rdzeni lodowych, tak jak robią to naukowcy na Ziemi, ale łaziki marsjańskie nie mają jeszcze takiej możliwości. Zamiast tego naukowcy mogą wykorzystać dane radarowe penetrujące ziemię, aby „zajrzeć do środka” lodu i sprawdzić warstwy, upewniając się, że widoczne warstwy rozciągają się w całym złożu. Jest to niezbędny etap kontroli jakości w obecnych badaniach, a metoda może pomóc w przyszłych eksploracjach marsjańskiego lodu bez warstw widocznych na powierzchni.
„Możliwość wyciągnięcia sygnału klimatycznego z małego złoża lodu to naprawdę fajny wynik” – powiedział Riley McGlasson, współautor badania z Purdue University, który zastosował tę metodę w nowym badaniu. „Dzięki radarowi możemy zbliżyć się do pełnej historii. Dlatego jestem podekscytowany, że mogę zrobić krok dalej w przyszłości”.