Hvor meget kuldioxidsne falder der hver vinter på Mars?

Ligesom Jorden, Mars oplever klimatiske variationer i løbet af et år på grund af dens skrå karakter af dens kredsløb (alias sæsonbestemt ændring). Tilsvarende disse variationer i temperatur resulterer i interaktion mellem atmosfæren og de polare iskapper. På jorden, sæsonbestemte variationer i temperatur og nedbør får polarisen på den ene halvkugle til at vokse, mens indlandsisen på den anden halvkugle skrumper.

På Mars, imidlertid, tingene fungerer lidt anderledes. Ud over at sne regner ned på polariskapperne om vinteren, Mars polare iskapper modtager også en hel del frossen kuldioxid ("tøris") foruden sne. For nylig, et internationalt hold af videnskabsmænd brugte data fra NASAs Mars Global Surveyor (MGS)-mission til at måle, hvordan planetens polare iskapper vokser og trækker sig tilbage. Deres resultater kunne give ny indsigt i, hvordan Mars-klimaet varierer på grund af sæsonbestemte ændringer.

Undersøgelsen, der beskriver deres resultater, blev ledet af Haifeng Xiao, en forskningsassistent ved Institute of Geodesy and Geoinformation Science ved Berlins tekniske universitet. Han fik selskab af forskere fra Stanford University, Université Paris-Saclay, Institut Universitaire de France, og German Aerospace Centers (DLR) Institut for Planetforskning og Institut for Atmosfærisk Fysik.

Hvad vi ved om Mars polare iskapper indikerer, at de er sammensat af tre dele. Først, der er den resterende (eller permanente) iskappe, som består af flere meter tykke vandisplader på Nordpolen, og et 8 meter (~10 fod) tykt ark frossen kuldioxid på Sydpolen. Under det er de polære lagdelte aflejringer (PLD'er), som er 2 til 3 km (mi) tykke og består af vandis og støv.

Sidst er sæsonens indlandsis, et lag frossen CO ₂ aflejres oven på de permanente iskapper hver vinter. Af hensyn til deres studie, Haifeng og hans kolleger fokuserede på årstidens iskapper for at afsløre, hvordan de påvirkes af variationer i sæsonbestemte temperaturer og solstråling - og hvordan dette er forbundet med årlige variationer i Mars klima. Som Haifeng fortalte Universe Today via e-mail:

"Hvert Mars-år, cirka 30 % af atmosfærens CO ₂ masse er i levende udveksling med de polære overflader gennem den sæsonbestemte aflejring/sublimation. Tidsmæssige variationer af niveauer og mængder af sne/is forbundet med denne proces kan sætte afgørende begrænsninger på Mars klimasystem og flygtige cirkulationsmodeller.

"Ud over, sæsonbestemt akkumulering af CO ₂ is, der danner disse sæsonbestemte polarhætter, kan blive påvirket af støvstorme, kolde pletter, katabatiske og orografiske vinde, og lokal skygge. Dermed, kort- og langsigtede variationer af årstidens polarkapper kunne også indikere variationerne i Mars-klimaet."

I løbet af et Mars-år, som varer over 687 jorddage (eller 668,5 sol), sæsonbestemte ændringer fører til atmosfærisk kuldioxid, der migrerer fra Nordpolen til Sydpolen (og omvendt). Disse sæsonbestemte handlinger er ansvarlige for transport af store mængder støv og vanddamp, hvilket fører til frost og dannelse af store cirrusskyer synlige fra rummet.

Denne proces med sublimering og udveksling mellem polerne er også ansvarlig for bemærkelsesværdige geologiske træk på Mars, såsom araneiform-terrænet (aka. "edderkopper") nær Sydpolen og måden, hvorpå klitmarkerne i de nordlige planer bliver furede med ankomsten af ​​sæsonplanter. Som Haifeng forklarede, forståelse af forholdet mellem årstidens polarhætter og dannelsen af ​​geologiske træk på Mars kunne føre til en bedre forståelse af Mars-miljøet.

I løbet af de sidste to årtier, målinger af de polare iskapper er blevet udført ved hjælp af forskellige metoder - tyngdekraftsvariation, neutron, og gammastråleflux – og modelleret baseret på generel cirkulation og energibalancemodeller. Til deres studie, Haifeng og hans kolleger stolede på data opnået af Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) instrument ombord på MGS for at opnå nøjagtige målinger af højden og volumen af ​​Mars' polare iskapper over tid.

Dette bestod i at genbehandle MOLA Precision Experiment Data Records (PEDR) – eller MOLAs individuelle højdemålinger – ved hjælp af de seneste tilgængelige MGS-kredsløbsdata og Mars-rotationsmodel. De selvregistrerede derefter disse profiler til en selvkonsistent Digital Terrain Model (DTM), som fungerede som en statisk middel overflademåling for Mars. Som Haifeng forklarede:

"Vi har foreslået og valideret samregistrering af lokale dynamiske Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) profilsegmenter til statiske digitale terrænmodeller (DTM'er) som en tilgang til at opnå sæsonbestemt CO2 ₂ isdækkes dybdevariationer på Mars. Ud over, vi har også foreslået en efterkorrektionsprocedure baseret på pseudo-krydsning af MOLA-profiler for yderligere at forbedre præcisionen af ​​dybdevariationstidsrækken."

Resultatet af dette var en række højdeændringsmålinger med en præcision på ~4,9 cm (1,93 tommer) og højdevariationer fra top til top på ~2,2 m (7,2 fod). Holdet udvidede også disse resultater til hele Sydpolen, som de håber at dække mere detaljeret i en anden undersøgelse, der snart vil blive offentliggjort. Haifeng og hans kolleger planlægger også at sammenligne deres resultater med radarhøjdemålingsdata opnået af SHAllow RADar ekkolod (SHARAD) ombord på NASA's Mars Reconnaissance Orbiter's (MRO).

"Som næste skridt, Vi vil prøve SHARAD-radarhøjdemålingen for at krydsvalidere MOLA-målingerne og udlede den langsigtede sæsonbestemte dybdeudvikling af de sæsonbestemte polarkapper på Mars, hvilket også vil være vigtigt for at vurdere den langsigtede stabilitet af de underliggende Mars Residual Polar Caps, især den resterende sydpolarkappe, der anses for at være i en næsten stabil tilstand, " sagde Haifeng.

Disse målinger vil give planetforskere mulighed for at lære meget mere om Mars-klimaet og de årlige ændringer, det gennemgår. De vil også hjælpe med at forberede fremtidige robot- og menneskelige udforskningsmissioner til den røde planet, som stadig forventes i nogen tid i det næste årti.