Mysteriet ved Mars pol forklaret

I 1966, to Caltech-forskere overvejede konsekvenserne af den tynde kuldioxid (CO) ₂ ) Mars atmosfære først afsløret af Mariner IV, et NASA fly-by rumfartøj bygget og fløjet af JPL. De teoretiserede, at Mars, med sådan en atmosfære, kunne have en langsigtet stabil polær aflejring af CO ₂ is det, på tur, ville kontrollere det globale atmosfæriske tryk.

En ny undersøgelse fra Caltech tyder på, at teorien, udviklet af fysiker Robert B. Leighton (BS '41, MS '44, Ph.D. '47) og planetforskeren Bruce C. Murray, kan faktisk være korrekt.

Kuldioxid udgør mere end 95 procent af Mars atmosfære, som kun har et overfladetryk på 0,6 procent af Jordens. En forudsigelse af Leightons og Murrays teori - med enorme implikationer for klimaændringer på Mars - er, at dets atmosfæriske tryk ville svinge i værdi, når planeten slingrer om sin akse under sin bane omkring solen, udsætter polerne for mere eller mindre sollys. Direkte sollys på CO ₂ is aflejret ved polerne fører til dets sublimering (den direkte overgang af et materiale fra en fast til en gasformig tilstand). Leighton og Murray forudsagde, at som eksponering for sollys skifter, atmosfærisk tryk kunne svinge fra kun en fjerdedel af nutidens Marsatmosfære til det dobbelte af i dag over cyklusser på titusinder af år.

Nu, en ny model af Peter Buhler, Ph.D. af JPL, som Caltech administrerer for NASA, og kolleger fra Caltech, JPL, og University of Colorado, giver nøglebevis for at understøtte dette. Modellen blev beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Natur astronomi den 23. december.

Holdet udforskede eksistensen af ​​et mystisk træk ved Mars' sydpol:en massiv forekomst af CO ₂ is og vandis i skiftende lag, som lagene af en kage, der strækker sig til en dybde på 1 kilometer, med en tynd frosting af CO ₂ is på toppen. Lagkageaflejringen indeholder lige så meget CO ₂ som i hele Mars atmosfære i dag.

I teorien, at lagdeling ikke burde være mulig, fordi vandis er mere termisk stabil og mørkere end CO ₂ is; CO ₂ is, videnskabsmænd har længe troet, ville hurtigt destabiliseres, hvis den blev begravet under vandis. Imidlertid, den nye model af Buhler og kolleger viser, at aflejringen kunne have udviklet sig som et resultat af kombinationen af ​​tre faktorer:1) den skiftende skævhed (eller hældning) af planetens rotation, 2) forskellen i måden vand is og CO ₂ is reflekterer sollys, og 3) stigningen i atmosfærisk tryk, der opstår, når CO ₂ isen sublimerer.

"Som regel, når du kører en model, du forventer ikke, at resultaterne passer så tæt til det, du observerer. Men tykkelsen af ​​lagene, som bestemt af modellen, matcher smukt med radarmålinger fra satellitter i kredsløb, siger Buhler.

Her er hvordan depositum dannes, forskerne foreslår:da Mars slingrede om sin rotationsakse i løbet af de sidste 510, 000 år, sydpolen modtog varierende mængder sollys, tillader CO ₂ is til at danne, når polerne modtog mindre sollys og får den til at sublimere, når polerne var mere solrige. Når CO ₂ dannet is, små mængder vandis blev fanget sammen med CO ₂ is. Når CO ₂ sublimeret, den mere stabile vandis blev efterladt og konsolideret i lag.

Men vandlagene forsegler ikke aflejringen totalt. I stedet, det sublimerende CO ₂ hæver Mars' atmosfæriske tryk, og lagkagen med CO ₂ is udvikler sig i ligevægt med atmosfæren. Når sollyset begynder at aftage igen, en ny CO ₂ islag dannes oven på vandlaget, og cyklussen gentages.

Fordi sublimeringsepisoder generelt har været faldende i intensitet, noget CO ₂ is blev efterladt mellem vandlagene - således, vekslen af ​​CO ₂ og vandis. Den dybeste (og derfor ældste) CO ₂ lag dannet 510, 000 år siden efter den sidste periode med ekstremt polar sollys, når alle CO ₂ sublimeret i atmosfæren.

"Vores bestemmelse af historien om Mars' store trykudsving er grundlæggende for at forstå udviklingen af ​​Mars' klima, herunder historien om flydende vands stabilitet og beboelighed nær Mars overflade, " siger Buhler. Dette arbejde var en del af Buhlers specialearbejde ved Caltech. Han fortsatte forskningen i sin nuværende rolle som postdoc-forsker ved JPL. Hans medforfattere er hans tidligere rådgivere Andy Ingersoll og Bethany Ehlmann, begge professorer i planetarisk videnskab ved Caltech; Sylvain Piqueux fra JPL; og Paul Hayne fra University of Colorado, Kampesten.

Undersøgelsen har titlen "Coevolution af Mars atmosfære og massiv sydpolar CO ₂ isaflejring." Denne forskning blev finansieret af NASA.