Som jorden, Mars upplever klimatvariationer under loppet av ett år på grund av den lutande naturen hos dess omloppsbana (aka. säsongsmässig förändring). Liknande, dessa temperaturvariationer resulterar i interaktion mellan atmosfären och polarisarna. På jorden, säsongsvariationer i temperatur och nederbörd gör att polarisen på ena halvklotet växer medan inlandsisen på den andra halvklotet krymper.

På Mars, dock, saker och ting fungerar lite annorlunda. Förutom att snön regnar ner på polarisarna under vintern, polarisarna på Mars får också en hel del frusen koldioxid ("torris") förutom snö. Nyligen, ett internationellt team av forskare använde data från NASA:s Mars Global Surveyor-uppdrag (MGS) för att mäta hur planetens polarisar växer och drar sig tillbaka. Deras resultat kan ge nya insikter om hur klimatet på mars varierar på grund av säsongsmässiga förändringar.

Studien som beskriver deras resultat leddes av Haifeng Xiao, en forskningsassistent vid Institutet för geodesi och geoinformationsvetenskap vid Berlins tekniska universitet. Han fick sällskap av forskare från Stanford University, Université Paris-Saclay, Institut Universitaire de France, och German Aerospace Centers (DLR) Institute of Planetary Research and Institute of Atmospheric Physics.

Det vi vet om Mars polarisar tyder på att de är sammansatta av tre delar. Först, det finns den kvarvarande (eller permanenta) inlandsisen, som består av flera meter tjocka vattenisar vid Nordpolen, och ett 8 meter (~10 fot) tjockt ark med frusen koldioxid vid Sydpolen. Under det finns Polar Layered Deposits (PLDs), som är 2 till 3 km (mi) tjocka och består av vattenis och damm.

Sist är den säsongsbetonade iskappan, ett lager frusen CO ₂ deponeras på toppen av de permanenta inlandsisarna varje vinter. För deras studiers skull, Haifeng och hans kollegor fokuserade på säsongsbetonade iskappor för att avslöja hur de påverkas av variationer i säsongsbetonade temperaturer och solstrålning - och hur detta är associerat med årliga variationer i Mars klimat. Som Haifeng sa till Universe Today via e-post:

"Varje marsår, cirka 30 % av atmosfärens CO ₂ massan är i levande utbyte med de polära ytorna genom säsongsbetonad avsättning/sublimering. Temporära variationer av nivåer och volymer av snö/is i samband med denna process kan sätta avgörande begränsningar för Mars klimatsystem och flyktiga cirkulationsmodeller.

"Dessutom, den säsongsbetonade ackumuleringen av CO ₂ is för att bilda dessa säsongsbetonade polarlock kan påverkas av dammstormar, kalla fläckar, katabatiska och orografiska vindar, och lokal skuggning. Således, kort- och långtidsvariationer hos de säsongsbetonade polarmössan kan också indikera variationerna i Mars-klimatet."

Under ett marsår, som varar över 687 jorddagar (eller 668,5 solar), säsongsmässiga förändringar leder till att atmosfärisk koldioxid migrerar från nordpolen till sydpolen (och vice versa). Dessa säsongsbetonade åtgärder är ansvariga för att transportera stora mängder damm och vattenånga, vilket leder till frost och bildandet av stora cirrusmoln som är synliga från rymden.

Denna process av sublimering och utbyte mellan polerna är också ansvarig för anmärkningsvärda geologiska egenskaper på Mars, såsom den araneiformade terrängen (aka. "spindlar") nära Sydpolen och hur dynfälten i de norra planen blir fårade med ankomsten av säsongsväxter. Som Haifeng förklarade, förståelse av förhållandet mellan säsongsbetonade polarmössor och bildandet av geologiska särdrag på Mars kan leda till en bättre förståelse av Mars miljö.

Under de senaste två decennierna, mätningar av polarisarna har utförts med olika metoder – gravitationsvariation, neutron, och gammastrålningsflöde – och modellerat baserat på modellerna General Circulation och Energy Balance. För sina studier, Haifeng och hans kollegor förlitade sig på data som erhållits med instrumentet Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) ombord på MGS för att få exakta mätningar av höjden och volymen av Mars polära iskappor över tiden.

Detta bestod av att bearbeta MOLA Precision Experiment Data Records (PEDR) – eller MOLAs individuella höjdmätningsavläsningar – med hjälp av de senaste tillgängliga MGS-omloppsdata och Mars rotationsmodell. De självregistrerade sedan dessa profiler till en självständig digital terrängmodell (DTM), som fungerade som en statisk medelyta mätning för Mars. Som Haifeng förklarade:

"Vi har föreslagit och validerat samregistreringen av lokala dynamiska Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) profilsegment till statiska Digital Terrain Models (DTM) som ett tillvägagångssätt för att erhålla säsongsbetonad CO ₂ variationer i istäckets djup på Mars. Dessutom, vi har också föreslagit en efterkorrigeringsprocedur baserad på pseudo-korsningar av MOLA-profiler för att ytterligare förbättra precisionen i tidsserien för djupvariation."

Resultatet av detta var en serie höjdförändringsmätningar med en precision på ~4,9 cm (1,93 tum) och topp-till-topp höjdvariationer på ~2,2 m (7,2 fot). Teamet utökade också dessa resultat till hela sydpolen, som de hoppas kunna täcka mer i detalj i en annan snart publicerad studie. Haifeng och hans kollegor planerar också att jämföra sina resultat med radarhöjdsdata som erhållits av SHAllow RADar ekolod (SHARAD) ombord på NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO).

"Som nästa steg, Vi kommer att prova SHARAD-radarhöjdmätningen för att korsvalidera MOLA-mätningarna och för att härleda den långsiktiga säsongsbetonade djuputvecklingen av Mars säsongsbetonade polarmössor, vilket också kommer att vara viktigt för att bedöma den långsiktiga stabiliteten hos de underliggande Martian Residual Polar Caps, speciellt den resterande sydpolarmössan som anses vara i ett nästan stabilt tillstånd, sa Haifeng.

Dessa mätningar kommer att göra det möjligt för planetforskare att lära sig mycket mer om klimatet på mars och de årliga förändringar det går igenom. De kommer också att hjälpa till att förbereda framtida robot- och mänskliga utforskningsuppdrag till den röda planeten, som fortfarande väntas ett tag under det kommande decenniet.