Χάρη σε δεκαετίες εξερεύνησης χρησιμοποιώντας αποστολές ρομπότ σε τροχιά, προσγειωμένους και περιηγητές, οι επιστήμονες είναι βέβαιοι ότι πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ρέει υγρό νερό στην επιφάνεια του Άρη. Πέρα από αυτό, έχουν απομείνει πολλές ερωτήσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν εάν η ροή του νερού ήταν διαλείπουσα ή κανονική. Με άλλα λόγια, ήταν ο Άρης πραγματικά ένα «ζεστό και υγρό» περιβάλλον πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ή ήταν περισσότερο σύμφωνα με το «κρύο και παγωμένο»;
Αυτές οι ερωτήσεις έχουν επιμείνει λόγω της φύσης της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας του Άρη, οι οποίες προσφέρουν απλές απαντήσεις. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο Brown, φαίνεται ότι και τα δύο θα μπορούσαν να συμβούν. Βασικά, ο πρώτος Άρης θα μπορούσε να είχε σημαντικές ποσότητες επιφανειακού πάγου που παρουσίαζαν περιοδική τήξη, παράγοντας αρκετό υγρό νερό για να χαράξει τις αρχαίες κοιλάδες και τις λίμνες που φαίνονται στον πλανήτη σήμερα.
Η μελέτη, με τίτλο «Πρότυπο κλίματος ύστερης Noachian Icy Highlands: Εξερευνώντας την πιθανότητα της παροδικής δραστηριότητας τήξης και ρευστού / λακτρίνης μέσω των μέγιστων ετήσιων και εποχιακών θερμοκρασιών», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Ικάρος. Ashley Palumbo - Ph.D. φοιτήτρια στο Τμήμα Γης, Περιβάλλοντος και Πλανητικής Επιστήμης του Μπράουν - ηγήθηκε της μελέτης και ενώθηκε από τον επιβλέποντα καθηγητή της (Jim Head) και τον καθηγητή Robin Wordsworth της Σχολής Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ.
Για χάρη της μελέτης τους, η Palumbo και οι συνάδελφοί της προσπάθησαν να βρουν τη γέφυρα μεταξύ της γεωλογίας του Άρη (που υποδηλώνει ότι ο πλανήτης ήταν κάποτε ζεστός και υγρός) και τα ατμοσφαιρικά μοντέλα του, τα οποία υποδηλώνουν ότι ήταν κρύο και παγωμένο. Όπως έδειξαν, είναι εύλογο ότι κατά τη διάρκεια του παρελθόντος, ο Άρης ήταν συνήθως παγωμένος με παγετώνες. Κατά τη διάρκεια των υψηλών ημερήσιων θερμοκρασιών το καλοκαίρι, αυτοί οι παγετώνες λιώνουν στις άκρες για να παράγουν ρέον νερό.
Μετά από πολλά χρόνια, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι μικρές αποθέσεις λειωμένου νερού θα ήταν αρκετές για να χαράξουν τα χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην επιφάνεια σήμερα. Ειδικότερα, θα μπορούσαν να έχουν χαράξει τα είδη των δικτύων κοιλάδων που έχουν παρατηρηθεί στα νότια υψίπεδα του Άρη. Όπως εξήγησε ο Palumbo σε ένα δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου Brown, η μελέτη τους εμπνεύστηκε από παρόμοια δυναμική του κλίματος που λαμβάνει χώρα εδώ στη Γη:
«Αυτό το βλέπουμε στις Ανταρκτικές Ξηρές Κοιλάδες, όπου η εποχιακή διακύμανση της θερμοκρασίας είναι αρκετή για να σχηματίσει και να διατηρήσει λίμνες, παρόλο που η μέση ετήσια θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλότερη από την κατάψυξη. Θέλαμε να δούμε αν κάτι παρόμοιο θα ήταν δυνατό για τον αρχαίο Άρη. "
Για να προσδιορίσει τη σχέση μεταξύ των ατμοσφαιρικών μοντέλων και των γεωλογικών αποδείξεων, η Palumbo και η ομάδα της ξεκίνησαν με ένα υπερσύγχρονο κλιματικό μοντέλο για τον Άρη. Αυτό το μοντέλο υπέθεσε ότι πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα (όπως είναι σήμερα) και ότι η παραγωγή του Ήλιου ήταν πολύ ασθενέστερη από ό, τι είναι τώρα. Από αυτό το μοντέλο, διαπίστωσαν ότι ο Άρης ήταν γενικά κρύος και παγωμένος τις προηγούμενες μέρες του.
Ωστόσο, περιλάμβαναν επίσης ορισμένες μεταβλητές που ενδέχεται να υπήρχαν και στον Άρη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτές περιλαμβάνουν την παρουσία μιας πιο παχιάς ατμόσφαιρας, η οποία θα επέτρεπε ένα πιο σημαντικό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Δεδομένου ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να συμφωνήσουν πόσο πυκνή ήταν η ατμόσφαιρα του Άρη μεταξύ 4,2 και 3,7 δισεκατομμυρίων ετών πριν, η Palumbo και η ομάδα της έτρεξαν τα μοντέλα για να λάβουν υπόψη διάφορα εύλογα επίπεδα ατμοσφαιρικής πυκνότητας.
Θεωρούσαν επίσης παραλλαγές στην τροχιά του Άρη που θα μπορούσαν να υπήρχαν πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, η οποία έχει επίσης υποβληθεί σε εικασίες. Και εδώ, δοκίμασαν ένα ευρύ φάσμα εύλογων σεναρίων, τα οποία περιελάμβαναν διαφορές στην αξονική κλίση και διαφορετικούς βαθμούς εκκεντρότητας. Αυτό θα επηρέαζε πόση ηλιακή ακτινοβολία δέχεται το ένα ημισφαίριο σε σχέση με το άλλο και οδηγεί σε πιο σημαντικές εποχιακές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία.
Στο τέλος, το μοντέλο παρήγαγε σενάρια στα οποία κάλυψαν πάγο περιοχές κοντά στη θέση των δικτύων κοιλάδων στα νότια υψίπεδα. Ενώ η μέση ετήσια θερμοκρασία του πλανήτη σε αυτά τα σενάρια ήταν πολύ κάτω από την κατάψυξη, παρήγαγε επίσης τις μέγιστες θερμοκρασίες του καλοκαιριού στην περιοχή που αυξήθηκαν πάνω από την κατάψυξη. Το μόνο που έμενε ήταν να δείξουμε ότι ο όγκος του παραγόμενου νερού θα ήταν αρκετός για να χαράξει αυτές τις κοιλάδες.
Ευτυχώς, το 2015, ο καθηγητής Jim Head και ο Eliot Rosenberg (ένας προπτυχιακός με τον Brown τότε) δημιούργησαν μια μελέτη που υπολόγισε την ελάχιστη ποσότητα νερού που απαιτείται για την παραγωγή της μεγαλύτερης από αυτές τις κοιλάδες. Χρησιμοποιώντας αυτές τις εκτιμήσεις, μαζί με άλλες μελέτες που παρείχαν εκτιμήσεις για τα απαραίτητα ποσοστά απορροής και τη διάρκεια του σχηματισμού δικτύου κοιλάδων, η Palumbo και οι συνεργάτες της βρήκαν ένα σενάριο που προήλθε από το μοντέλο που λειτούργησε.
Βασικά, διαπίστωσαν ότι εάν ο Άρης είχε εκκεντρότητα 0,17 (σε σύγκριση με τον τρέχοντα εκκεντρικότητά του 0,0934), αξονική κλίση 25 ° (σε σύγκριση με 25,19 ° σήμερα) και ατμοσφαιρική πίεση 600 mbar (100 φορές μεγαλύτερη από αυτήν που είναι σήμερα) τότε θα χρειαζόταν περίπου 33.000 έως 1.083.000 χρόνια για να παραχθεί αρκετό νερό τήξης για να σχηματίσει τα δίκτυα κοιλάδων. Αν υποθέσουμε ότι για μια κυκλική τροχιά, ένα αξονικό πλακίδιο 25 ° και μια ατμόσφαιρα 1000 mbar, θα χρειαστούν περίπου 21.000 έως 550.000 χρόνια.
Οι βαθμοί εκκεντρότητας και αξονικής κλίσης που απαιτούνται σε αυτά τα σενάρια βρίσκονται εντός του εύρους των πιθανών τροχιών για τον Άρη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Και όπως ανέφερε ο Head, αυτή η μελέτη θα μπορούσε να συνδυάσει τις ατμοσφαιρικές και γεωλογικές ενδείξεις που ήταν σε αντίθεση με το παρελθόν:
«Αυτή η εργασία προσθέτει μια εύλογη υπόθεση για να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να σχηματιστεί υγρό νερό στον πρώιμο Άρη, με τρόπο παρόμοιο με την εποχιακή τήξη που παράγει τα ρεύματα και τις λίμνες που παρατηρούμε κατά τη διάρκεια της επιτόπιας δουλειάς μας στην Ανταρκτική McMurdo Dry Valleys. Αυτήν τη στιγμή διερευνούμε πρόσθετους υποψήφιους μηχανισμούς θέρμανσης, συμπεριλαμβανομένου του ηφαιστειακού και του κρατήρα αντίκτυπου, που θα μπορούσαν επίσης να συμβάλουν στην τήξη ενός κρύου και παγωμένου πρώιμου Άρη. "
Είναι επίσης σημαντικό διότι αποδεικνύει ότι το κλίμα του Άρη υπόκειται σε παραλλαγές που συμβαίνουν επίσης τακτικά εδώ στη Γη. Αυτό παρέχει μια ακόμη ένδειξη για το πώς τα δύο αεροπλάνα μας είναι παρόμοια με κάποιους τρόπους και πώς η έρευνα για το ένα μπορεί να βοηθήσει στην προώθηση της κατανόησης του άλλου. Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, προσφέρει κάποια σύνθεση σε ένα θέμα που έχει δημιουργήσει ένα δίκαιο μερίδιο διαφωνίας.
Το θέμα του πώς ο Άρης θα μπορούσε να βιώσει ζεστό, ρέον νερό στην επιφάνειά του - και σε μια εποχή που η παραγωγή του Ήλιου ήταν πολύ πιο αδύναμη από ό, τι είναι σήμερα - παρέμεινε το αντικείμενο πολλών συζητήσεων. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν υποβάλει διάφορες προτάσεις για το πώς θα μπορούσε να ζεσταθεί ο πλανήτης, που κυμαίνεται από σύννεφα cirrus έως περιοδικές εκρήξεις αερίου μεθανίου από κάτω από την επιφάνεια.
Ενώ αυτή η τελευταία μελέτη δεν έχει διευθετήσει αρκετά τη συζήτηση μεταξύ των «ζεστών και υδαρών» και των «κρύων και παγωμένων» στρατοπέδων, προσφέρει εντυπωσιακές ενδείξεις ότι οι δύο μπορεί να μην είναι αμοιβαίως αποκλειστικοί. Η μελέτη αποτέλεσε επίσης αντικείμενο παρουσίασης στο 48ο Συνέδριο σεληνιακής και πλανητικής επιστήμης, που πραγματοποιήθηκε από τις 20 έως τις 24 Μαρτίου στο The Woodland του Τέξας.
