Kredit:NASA/JPL/Malin Space Science Systems
1966, två Caltech-forskare idisslade om konsekvenserna av den tunna koldioxiden (CO 2 ) Marsatmosfär som först avslöjades av Mariner IV, en NASA-rymdfarkost byggd och flögs av JPL. De teoretiserade att Mars, med en sådan atmosfär, kan ha en långsiktig stabil polär avlagring av CO 2 is det, i tur och ordning, skulle kontrollera det globala atmosfärstrycket.
En ny studie från Caltech tyder på att teorin, utvecklad av fysikern Robert B. Leighton (BS '41, MS '44, Ph.D. '47) och planetforskaren Bruce C. Murray, kan verkligen vara korrekt.
Koldioxid utgör mer än 95 procent av Mars atmosfär, som har ett yttryck på endast 0,6 procent av jordens. En förutsägelse av Leightons och Murrays teori – med enorma implikationer för klimatförändringarna på Mars – är att dess atmosfärstryck skulle svänga i värde när planeten vinglar på sin axel under sin bana runt solen, utsätta polerna för mer eller mindre solljus. Direkt solljus på CO 2 is avsatt vid polerna leder till dess sublimering (den direkta övergången av ett material från ett fast till ett gasformigt tillstånd). Leighton och Murray förutspådde att, när exponering för solljus förändras, Atmosfärstrycket kan svänga från bara en fjärdedel av dagens Marsatmosfär till dubbelt så högt som idag under tiotusentals år.
Nu, en ny modell av Peter Buhler, Ph.D. av JPL, som Caltech hanterar för NASA, och kollegor från Caltech, JPL, och University of Colorado, ger viktiga bevis för att stödja detta. Modellen beskrevs i en artikel publicerad i tidskriften Natur astronomi den 23 december.
Teamet utforskade förekomsten av ett mystiskt särdrag på Mars sydpol:en massiv avlagring av CO 2 is och vattenis i omväxlande skikt, som lager av en tårta, som sträcker sig till ett djup av 1 kilometer, med en tunn frosting av CO 2 is på toppen. Lagerkakaavlagringen innehåller lika mycket CO 2 som i hela Mars atmosfär idag.
I teorin, att skiktning inte borde vara möjlig eftersom vattenis är mer termiskt stabil och mörkare än CO 2 is; CO 2 is, forskare trodde länge, skulle snabbt destabiliseras om den begravdes under vattenis. Dock, den nya modellen av Buhler och kollegor visar att fyndigheten kunde ha utvecklats som ett resultat av kombinationen av tre faktorer:1) den förändrade snedställningen (eller lutningen) av planetens rotation, 2) skillnaden i hur vatten is och CO 2 is reflekterar solljus, och 3) ökningen i atmosfärstryck som uppstår när CO 2 isen sublimerar.
"Vanligtvis, när du kör en modell, du förväntar dig inte att resultaten överensstämmer så nära med det du observerar. Men tjockleken på lagren, som bestäms av modellen, matchar vackert med radarmätningar från kretsande satelliter, säger Buhler.
Så här bildades insättningen, forskarna föreslår:när Mars vinglade på sin rotationsaxel under de senaste 510, 000 år, sydpolen fick varierande mängder solljus, tillåter CO 2 is som bildas när polerna fick mindre solljus och får den att sublimera när polerna var soligare. När CO 2 is bildad, små mängder vattenis fångades tillsammans med CO 2 is. När CO 2 sublimerad, den mer stabila vattenisen lämnades kvar och konsoliderades i lager.
Men vattenlagren tätar inte avlagringen helt. Istället, den sublimerande CO 2 höjer Mars atmosfärstryck, och lagerkakan med CO 2 is utvecklas i jämvikt med atmosfären. När solljuset börjar sjunka igen, en ny CO 2 islager bildas ovanpå vattenlagret, och cykeln upprepas.
Eftersom sublimeringsepisoder i allmänhet har minskat i intensitet, lite CO 2 is lämnades kvar mellan vattenlagren — alltså, växlingen av CO 2 och vattenis. Den djupaste (och därför äldsta) CO 2 skikt bildat 510, 000 år sedan efter den senaste perioden av extremt polärt solljus, när alla CO 2 sublimerade i atmosfären.
"Vår bestämning av historien om Mars stora trycksvängningar är grundläggande för att förstå utvecklingen av Mars klimat, inklusive historien om flytande vatten stabilitet och beboelighet nära Mars yta, " säger Buhler. Detta arbete var en del av Buhlers avhandlingsarbete vid Caltech. Han fortsatte forskningen i sin nuvarande roll som postdoktor vid JPL. Hans medförfattare är hans tidigare rådgivare Andy Ingersoll och Bethany Ehlmann, båda professorerna i planetvetenskap vid Caltech; Sylvain Piqueux från JPL; och Paul Hayne från University of Colorado, Flyttblock.
Studien har titeln "Coevolution av Mars atmosfär och massiv sydpolär CO 2 isfyndighet." Denna forskning finansierades av NASA.
