Благодаря десятилетиям исследований с использованием роботизированных орбитальных миссий, посадочных аппаратов и роверов, ученые уверены, что миллиарды лет назад жидкая вода текла по поверхности Марса. Помимо этого, осталось много вопросов, которые включают, был ли поток воды прерывистым или регулярным. Другими словами, действительно ли Марс был «теплой и влажной» средой миллиарды лет назад или он был более «холодным и ледяным»?
Эти вопросы сохраняются из-за характера поверхности и атмосферы Марса, которые дают противоречивые ответы. Согласно новому исследованию из Университета Брауна, кажется, что оба могут иметь место. По сути, на раннем Марсе могло быть значительное количество поверхностного льда, который подвергался периодическому таянию, производя достаточно жидкой воды, чтобы вырезать древние долины и дно озера, наблюдаемые сегодня на планете.
Недавно было опубликовано исследование под названием «Климатическая модель позднегочарского ледяного нагорья: изучение возможности переходного таяния и речной / озерной активности через пиковые годовые и сезонные температуры». Икар. Эшли Палумбо - доктор философии Студентка факультета наук о Земле, окружающей среде и планетах Брауна - руководила исследованием, к ней присоединились ее профессор (Джим Хед) и профессор Робин Вордсворт из Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета.
Ради своего исследования Паламбо и ее коллеги пытались найти мост между геологией Марса (которая предполагает, что планета когда-то была теплой и влажной) и ее атмосферными моделями, которые предполагают, что она была холодной и ледяной. Как они продемонстрировали, вполне вероятно, что в прошлом Марс, как правило, был заморожен ледниками. Во время пиковых дневных температур летом эти ледники будут таять по краям, образуя текущую воду.
По прошествии многих лет, заключили они, этих небольших отложений талой воды было бы достаточно, чтобы вырезать признаки, наблюдаемые сегодня на поверхности. В частности, они могли вырезать сети долин, которые наблюдались на южном нагорье Марса. Как пояснил Паламбо в пресс-релизе Университета Брауна, их исследование было вдохновлено аналогичной климатической динамикой, происходящей здесь, на Земле:
«Мы видим это в антарктических сухих долинах, где сезонные колебания температуры достаточны для формирования и поддержания озер, даже если среднегодовая температура значительно ниже нуля. Мы хотели посмотреть, возможно ли нечто подобное для древнего Марса ».
Чтобы определить связь между атмосферными моделями и геологическими данными, Паламбо и ее команда начали с современной климатической модели для Марса. Эта модель предполагала, что 4 миллиарда лет назад атмосфера состояла в основном из углекислого газа (как сегодня), и что выход Солнца был намного слабее, чем сейчас. Исходя из этой модели, они определили, что Марс был холодным и ледяным в первые дни.
Однако они также включали ряд переменных, которые также могли присутствовать на Марсе 4 миллиарда лет назад. К ним относится наличие более плотной атмосферы, которая позволила бы получить более значительный парниковый эффект. Поскольку ученые не могут согласиться с тем, насколько плотной была атмосфера Марса между 4,2 и 3,7 миллиардами лет назад, Паламбо и ее команда использовали модели для учета различных вероятных уровней плотности атмосферы.
Они также рассмотрели изменения на орбите Марса, которые могли существовать 4 миллиарда лет назад, что также было предметом догадок. Здесь также они протестировали широкий спектр вероятных сценариев, которые включали различия в осевом наклоне и различные степени эксцентриситета. Это повлияло бы на то, как много солнечного света получает одно полушарие над другим, и привело бы к более значительным сезонным колебаниям температуры.
В конце концов, модель создала сценарии, в которых лед покрывал районы вблизи расположения долинных сетей в южных горных районах. Хотя средняя годовая температура планеты в этих сценариях была значительно ниже нуля, она также вызвала пиковые летние температуры в регионе, которые поднялись выше нуля. Осталось только продемонстрировать, что объема добываемой воды будет достаточно, чтобы вырезать эти долины.
К счастью, в 2015 году профессор Джим Хэд и Элиот Розенберг (в то время еще студент Брауна) организовали исследование, в котором оценивалось минимальное количество воды, необходимое для производства самой большой из этих долин. Используя эти оценки, наряду с другими исследованиями, которые предоставили оценки необходимых скоростей стока и продолжительности формирования сети долин, Паламбо и ее коллеги нашли сценарий, основанный на модели, который работал.
В основном, они обнаружили, что если у Марса был эксцентриситет 0,17 (по сравнению с его текущим эксцентриситетом 0,0934), то осевой наклон 25 ° (по сравнению с 25,19 ° сегодня) и атмосферное давление 600 мбар (в 100 раз больше, чем сегодня) тогда потребовалось бы от 33 000 до 1 083 000 лет, чтобы произвести достаточное количество талой воды для формирования сетей долин. Но если принять во внимание круговую орбиту, осевую плитку 25 ° и атмосферу 1000 мбар, это заняло бы от 21 000 до 550 000 лет.
Степени эксцентриситета и осевого наклона, требуемые в этих сценариях, находятся в пределах диапазона возможных орбит для Марса 4 миллиарда лет назад. И, как отметил Хэд, это исследование могло бы согласовать атмосферные и геологические свидетельства, которые имели место в прошлом:
«Эта работа добавляет правдоподобную гипотезу для объяснения того, каким образом жидкая вода могла образоваться на раннем Марсе, подобно сезонному таянию, которое вызывает потоки и озера, которые мы наблюдаем во время наших полевых работ в сухих долинах Антарктики МакМердо. В настоящее время мы изучаем дополнительные потенциальные механизмы потепления, включая вулканизм и кратеры, которые также могут способствовать таянию холодного и ледяного раннего Марса ».
Это также важно, поскольку демонстрирует, что климат Марса подвержен изменениям, которые также регулярно происходят здесь, на Земле. Это является еще одним свидетельством того, насколько наши два плана в чем-то похожи, и как исследование одного может помочь нам лучше понять другого. Наконец, что не менее важно, он предлагает некоторый синтез субъекту, который вызвал значительную долю разногласий.
Вопрос о том, как Марс мог испытать теплой, проточной водой на своей поверхности - и в то время, когда выход Солнца был намного слабее, чем сегодня, - остается предметом многочисленных споров. В последние годы исследователи выдвигали различные предположения относительно того, как планета могла быть нагрета, начиная от перистых облаков и заканчивая периодическими выбросами метана из-под поверхности.
Хотя это последнее исследование не совсем уладило дебаты между «теплыми и водянистыми» и «холодными и ледяными» лагерями, оно неопровержимо свидетельствует о том, что оба они не могут быть взаимоисключающими. Исследование было также предметом презентации, сделанной на 48-ой Лунной и Планетарной Научной Конференции, которая проходила с 20 по 24 марта в Вудленде, штат Техас.
