Voor wetenschappers die proberen te begrijpen hoe het oude Mars eruit zou kunnen zien, de rode planeet zendt gemengde signalen uit. Door water uitgesleten valleien en meerbeddingen laten er geen twijfel over bestaan ​​dat er ooit water aan de oppervlakte stroomde. Maar klimaatmodellen voor het vroege Mars suggereren dat de gemiddelde temperatuur over de hele wereld ruim onder het vriespunt bleef.

Een recent onderzoek onder leiding van geologen van Brown University biedt een mogelijke brug tussen het 'warme en natte' verhaal verteld door de geologie van Mars en het 'koude en ijzige' verleden dat wordt gesuggereerd door atmosferische modellen. De studie toont aan dat het aannemelijk is, zelfs als Mars over het algemeen bevroren was, die dagelijkse piektemperaturen in de zomer kunnen net genoeg boven het vriespunt komen om smelten aan de randen van gletsjers te veroorzaken. Dat smeltwater, jaar na jaar in relatief kleine hoeveelheden geproduceerd, had genoeg kunnen zijn om de kenmerken die vandaag op de planeet worden waargenomen te kerven, concluderen de onderzoekers.

De studie is online gepubliceerd in het tijdschrift Icarus . Ashley Palumbo, een doctoraat student aan de Bruin, leidde het werk met Jim Head, een professor in Brown's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschap, en Robin Wordsworth, een professor aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences.

Palumbo zegt dat het onderzoek is geïnspireerd op de klimaatdynamiek die hier op aarde wordt gevonden.

"We zien dit in de Antarctische Droge Valleien, waar seizoensgebonden temperatuurschommelingen voldoende zijn om meren te vormen en in stand te houden, ook al ligt de gemiddelde jaartemperatuur ruim onder het vriespunt, "Zei Palumbo. "We wilden zien of iets soortgelijks mogelijk zou zijn voor het oude Mars."

De onderzoekers begonnen met een ultramodern klimaatmodel voor Mars - een model dat uitgaat van een oude atmosfeer die grotendeels uit koolstofdioxide bestaat (zoals het nu is). Het model produceert over het algemeen een koude en ijzige vroege Mars, deels omdat men denkt dat de energie-output van de zon in het begin van de geschiedenis van het zonnestelsel veel zwakker was. De onderzoekers hebben het model gebruikt voor een brede parameterruimte voor variabelen die ongeveer 4 miljard jaar geleden belangrijk kunnen zijn geweest toen de iconische valleinetwerken op de zuidelijke hooglanden van de planeet werden gevormd.

Hoewel wetenschappers het er over het algemeen over eens zijn dat de atmosfeer van Mars in het verleden dikker was, het is niet duidelijk hoe dik het eigenlijk was. Hetzelfde, terwijl de meeste onderzoekers het erover eens zijn dat de atmosfeer voornamelijk uit koolstofdioxide bestond, er kunnen kleine hoeveelheden andere broeikasgassen aanwezig zijn geweest. Dus hebben Palumbo en haar collega's het model uitgevoerd met verschillende aannemelijke atmosferische diktes en extra hoeveelheden broeikasopwarming.

Het is ook niet precies bekend hoe de variaties in de baan van Mars er 4 miljard jaar geleden uitzagen. dus testten de onderzoekers een reeks plausibele orbitale scenario's. Ze testten verschillende graden van ashelling, die van invloed is op hoeveel zonlicht de bovenste en onderste breedtegraden van de planeet ontvangen, evenals verschillende graden van excentriciteit - de mate waarin de baan van de planeet rond de zon afwijkt van een cirkel, die seizoensgebonden temperatuurveranderingen kunnen versterken.

Het model leverde scenario's op waarin ijs het gebied nabij de locatie van de valleinetwerken bedekte. En hoewel de gemiddelde jaartemperatuur van de planeet in die scenario's ver onder het vriespunt bleef, het model produceerde piektemperaturen in de zomer in de zuidelijke hooglanden die tot boven het vriespunt stegen.

Om dit mechanisme mogelijk de valleinetwerken te laten verklaren, het moet het juiste volume water produceren in de tijdsduur van de vorming van valleinetwerken, en het water moet aan de oppervlakte weglopen met snelheden die vergelijkbaar zijn met die welke nodig zijn voor incisie in het valleinetwerk. Een paar jaar geleden, Hoofd en Eliot Rosenberg, een student aan Brown destijds die inmiddels is afgestudeerd, publiceerde een schatting van de minimale hoeveelheid water die nodig is om de grootste van de valleien te kerven. Als je dat als leidraad gebruikt, samen met schattingen van de noodzakelijke afvoersnelheden en de duur van de vorming van valleinetwerken uit andere onderzoeken, Palumbo toonde aan dat modelruns waarin de baan van Mars zeer excentriek was, inderdaad aan deze criteria voldeden. Die mate van excentriciteit die nodig is, ligt ruim binnen het bereik van mogelijke banen voor Mars 4 miljard jaar geleden, zegt Palmo.

Bij elkaar genomen, Palmbo zegt, de resultaten bieden een mogelijke manier om het geologische bewijs voor stromend water op het vroege Mars te verzoenen met het atmosferische bewijs voor een koude en ijzige planeet.

"Dit werk voegt een plausibele hypothese toe om de manier te verklaren waarop vloeibaar water zich op het vroege Mars zou kunnen hebben gevormd, op een manier die vergelijkbaar is met het seizoensgebonden smelten dat de beken en meren produceert die we waarnemen tijdens ons veldwerk in de Antarctische McMurdo Dry Valleys, Head zei. "We onderzoeken momenteel aanvullende mechanismen voor het opwarmen van kandidaten, inclusief vulkanisme en inslagkraters, dat zou ook kunnen bijdragen aan het smelten van een koude en ijzige vroege Mars."

Dus hoewel het werk het debat 'koud en ijzig' versus 'warm en nat' niet sluit, het maakt wel duidelijk dat een grotendeels bevroren vroege Mars een duidelijke mogelijkheid was.