Mars' ældgamle vandkanaler:Optrævling af Mars-klimaets komplekse historie

Astrobobo/Getty Images

Mars har betaget observatører i århundreder, fra tidlige observationer med blotte øjne til de første teleskopiske glimt i det 17. århundrede. Mens tidlige teleskoper kun tilbød rudimentære udsigter, løste astronomer som Huygens og Cassini gradvist flere overfladedetaljer. I slutningen af ​​1800-tallet rapporterede den italienske astronom Giovanni Schiaparelli, at han observerede omfattende, lige "kanaler" på Mars - senere fejloversat som "kanaler" på engelsk - hvilket udløste spekulationer om intelligent liv og strømmende vand. Efterfølgende observationer med større åbninger kunne dog ikke bekræfte disse træk, og ideen om overfladevandskanaler blev stort set opgivet i midten af det 20. århundrede.

Den opfattelse ændrede sig dramatisk, da NASAs Mariner9-rumfartøj kredsede om Mars i 1971 og afslørede dalnetværk og geologiske formationer, der ligner Jordens floddale og kløftsystemer. Mariner9s billeder gav det første konkrete bevis på, at Mars engang havde et mere komplekst, vådere klima, end det nuværende støvede miljø antyder.

Havde den tidlige Mars et hav?

Fordi Mars mangler pladetektonik, bevarer dens overflade en næsten fuldstændig registrering af planetens gamle miljø, hvilket giver et unikt vindue ind i dets tidlige klima. Den tidligste anerkendte æra - Noachian-perioden, der spænder over omkring 4,0 til 3,5 milliarder år siden - byder på omfattende dalnetværk, der næsten helt sikkert er dannet under strømmende flydende vand. Disse beviser, kombineret med andre geologiske markører, indikerer, at Mars engang opretholdt en atmosfære, der var i stand til at understøtte flydende vand.

Der er fortsat debat om den nøjagtige karakter af dette tidlige klima. Nogle forskere hævder, at Mars var en kold verden med begrænset ækvatorialvand, mens andre foreslår et varmere, vådere miljø, der kan have understøttet et hav på den nordlige halvkugle. Igangværende undersøgelser fortsætter med at forfine disse modeller.

[Udvalgt billede af ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org) via Wikimedia Commons | Beskåret, skaleret og spejlet | CC BY 4.0]

Enden på Mars' magnetfelt

En afgørende begivenhed, der satte Mars på sin bane mod den tørre verden, den er i dag, var afkølingen af dens metalliske kerne, som slukkede dens magnetosfære. Mars' relativt lille størrelse og afstand fra Solen betød, at den ikke kunne opretholde den kernekonvektion, der var nødvendig for at generere et planetarisk magnetfelt.

Ifølge en undersøgelse fra 2021 offentliggjort i Science Advances , dette tab fandt sted tidligt i den noachiske periode, men dets fulde virkning udfoldede sig over milliarder af år. En magnetosfære beskytter en planets atmosfære mod solvinderosion - da Jordens felt beskytter os mod soludbrud. Uden den blev Mars' kuldioxidhylster strippet ud i rummet eller sekvestreret som overfladekarbonatmineraler.

Det atmosfæriske tab forårsagede et gradvist fald i overfladetryk og temperatur. Da temperaturerne faldt, frøs overfladevand; uden atmosfærisk tryk ville eventuelt resterende flydende vand have kogt eller sublimeret. Disse processer fortsætter i dag, hvor Mars mister op til 3 kg atmosfærisk masse pr. sekund.

Oversvømmelser på oldtidens Mars

Den efterfølgende hesperiske epoke er præget af øget vulkansk aktivitet og en reduktion af meteoritnedslag. Vulkanisme dækkede omkring 30 % af overfladen, mens den udsendte svovldioxid forsurede resterende overfladevand.

På trods af et koldere klima er der stadig tegn på strømmende vand. Meget af planetens vand blev opbevaret under jorden under et enormt pres, men episodiske udslip frembragte katastrofale udstrømninger – anslået til at være over 1.000 gange volumen af Mississippi-floden – som udhuggede dybe kanaler.

Hvorvidt disse oversvømmelser genererede et forbigående Hesperian ocean, der senere frøs til, er stadig omstridt. Nogle forskere hævder, at udstrømningen kunne have dannet et kortvarigt hav, mens andre hævder, at volumenet var utilstrækkeligt til at fylde et globalt bassin. En artikel fra 2022 i Journal of Geophysical Research:Planets foreslog tsunami-lignende aktivitet i et sådant hav, selvom denne hypotese stadig diskuteres.

Det nuværende klima på Mars

I dag bor Mars i Amazonas-perioden, en geologisk stille æra, der har varet næsten 3 milliarder år. Klimaet er domineret af udtalte temperatursvingninger mellem sommer og vinter, hvilket fører til tre sæsonbestemte cyklusser.

Kuldioxidcyklussen styrer sublimeringen og aflejringen af CO₂-is ved polarkapperne, mens støvcyklussen modulerer globale temperaturer ved både at absorbere solstråling i dagtimerne og udstråle varme om natten. Støvfyldte vinde omrører luftbårne partikler yderligere og forstærker støvcyklussens virkninger.

Med hensyn til fremtidig efterforskning er vandkredsløbet fortsat kritisk. Selvom Mars er tør, rummer den betydelig is - primært under jorden og på nordpolen. Hvis denne is var ensartet smeltet, kunne den danne et hav på 300 til 5.000 fod dybt, hvilket potentielt understøtter vedvarende menneskelig aktivitet.