Χάρη σε δεκαετίες εξερεύνησης με χρήση ρομποτικών αποστολών τροχιάς, προσγειωμένων και ρόβερ, οι επιστήμονες είναι βέβαιοι ότι πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, στην επιφάνεια του Άρη έρεε υγρό νερό. Από εκεί και πέρα, έχουν παραμείνει πολλά ερωτήματα, τα οποία περιλαμβάνουν εάν η ροή του νερού ήταν διακοπτόμενη ή τακτική. Με άλλα λόγια, ήταν πράγματι ο Άρης ένα «ζεστό και υγρό» περιβάλλον πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, ή ήταν περισσότερο στα όρια του «κρύου και παγωμένου»;
Αυτά τα ερωτήματα παραμένουν λόγω της φύσης της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας του Άρη, τα οποία προσφέρουν αντικρουόμενες απαντήσεις. Σύμφωνα με α νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο Brown, φαίνεται ότι και τα δύο θα μπορούσαν να ισχύουν. Βασικά, ο πρώιμος Άρης θα μπορούσε να είχε σημαντικές ποσότητες επιφανειακού πάγου που βίωσαν περιοδική τήξη, παράγοντας αρκετό υγρό νερό για να χαράξει τις αρχαίες κοιλάδες και τους βυθούς λιμνών που παρατηρούνται στον πλανήτη σήμερα.
Η μελέτη με τίτλο « Μοντέλο κλίματος στα όψιμα παγωμένα υψίπεδα της Νόας: Διερεύνηση της πιθανότητας παροδικής τήξης και δραστηριότητας ποταμών/λιμνών μέσω αιχμής ετήσιων και εποχιακών θερμοκρασιών », εμφανίστηκε πρόσφατα στοΙκάρος.Ashley Palumbo – Ph.D. μαθητής με Brown’s Τμήμα Γης, Περιβαλλοντικής και Πλανητικής Επιστήμης – ηγήθηκε της μελέτης και συμμετείχαν ο επιβλέπων καθηγητής της (Jim Head) και ο καθηγητής Robin Wordsworth του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ Σχολή Μηχανικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών .
Εκτεταμένα δίκτυα κοιλάδων που διασχίζουν τα νότια υψίπεδα του Άρη υποδηλώνουν ότι ο πλανήτης ήταν κάποτε θερμότερος και υγρότερος. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech/Κρατικό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα
Για χάρη της μελέτης τους, η Palumbo και οι συνάδελφοί της αναζήτησαν να βρουν τη γέφυρα μεταξύ της γεωλογίας του Άρη (που υποδηλώνει ότι ο πλανήτης ήταν κάποτε ζεστός και υγρός) και τα ατμοσφαιρικά του μοντέλα, τα οποία υποδηλώνουν ότι ήταν κρύο και παγωμένο. Όπως απέδειξαν, είναι εύλογο ότι κατά το παρελθόν, ο Άρης ήταν γενικά παγωμένος με παγετώνες. Κατά τη διάρκεια των κορυφαίων ημερήσιων θερμοκρασιών το καλοκαίρι, αυτοί οι παγετώνες έλιωναν στις άκρες για να παράγουν νερό που ρέει.
Μετά από πολλά χρόνια, κατέληξαν, αυτές οι μικρές αποθέσεις λιωμένου νερού θα ήταν αρκετές για να χαράξουν τα χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην επιφάνεια σήμερα. Πιο συγκεκριμένα, θα μπορούσαν να έχουν χαράξει τα είδη των δικτύων κοιλάδων που έχουν παρατηρηθεί στα νότια υψίπεδα του Άρη. Ως Palumbo εξήγησε σε ένα δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου Μπράουν, η μελέτη τους εμπνεύστηκε από παρόμοια δυναμική του κλίματος που λαμβάνει χώρα εδώ στη Γη:
«Το βλέπουμε αυτό στις ξηρές κοιλάδες της Ανταρκτικής, όπου η εποχιακή διακύμανση της θερμοκρασίας είναι επαρκής για να σχηματιστούν και να συντηρηθούν λίμνες, παρόλο που η μέση ετήσια θερμοκρασία είναι πολύ κάτω από το μηδέν. Θέλαμε να δούμε αν κάτι παρόμοιο θα μπορούσε να είναι δυνατό για τον αρχαίο Άρη».
Για να προσδιορίσουν τη σχέση μεταξύ των ατμοσφαιρικών μοντέλων και των γεωλογικών στοιχείων, 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 αποτελούνταν κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα (όπως είναι σήμερα) και ότι η παραγωγή του Ήλιου ήταν πολύ πιο αδύναμη από ό,τι είναι τώρα. Από αυτό το μοντέλο, προσδιόρισαν ότι ο Άρης ήταν γενικά κρύος και παγωμένος κατά τις προηγούμενες μέρες του.
Nanedi Valles, μια κοιλάδα περίπου 800 χιλιομέτρων που εκτείνεται νοτιοδυτικά-βορειοανατολικά και βρίσκεται στην περιοχή Xanthe Terra, νοτιοδυτικά της Chryse Planitia. Πίστωση: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Ωστόσο, περιλάμβαναν επίσης μια σειρά από μεταβλητές που μπορεί να ήταν επίσης παρούσες στον Άρη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτά περιλαμβάνουν την παρουσία παχύτερης 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.
Εξέτασαν επίσης παραλλαγές στην τροχιά του Άρη που θα μπορούσαν να υπήρχαν πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, κάτι που έχει επίσης υποβληθεί σε κάποιες εικασίες. Και εδώ, δοκίμασαν ένα ευρύ φάσμα εύλογων σεναρίων, τα οποία περιελάμβαναν διαφορές στην αξονική κλίση και διαφορετικούς βαθμούς εκκεντρότητας. Αυτό θα είχε επηρεάσει την ποσότητα του ηλιακού φωτός που λαμβάνεται από το ένα ημισφαίριο σε ένα άλλο και θα είχε οδηγήσει σε πιο σημαντικές εποχιακές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Στο τέλος, το μοντέλο παρήγαγε σενάρια στα οποία ο πάγος κάλυπτε 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 το μηδέν, παρήγαγε επίσης θερμοκρασίες αιχμής το καλοκαίρι στην περιοχή που ανέβηκαν πάνω από το μηδέν. Το μόνο που απέμενε ήταν να αποδειχθεί ότι ο όγκος του νερού που παρήχθη θα ήταν αρκετός για να χαράξει αυτές τις κοιλάδες.
Ευτυχώς, το 2015, ο καθηγητής Jim Head και ο Eliot Rosenberg (προπτυχιακός με τον Brown εκείνη την εποχή) 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 των απαραίτητων ρυθμών απορροής και της διάρκειας σχηματισμού του δικτύου κοιλάδων, η Palumbo και οι συνεργάτες της βρήκαν ένα σενάριο που προέρχεται από το μοντέλο που λειτούργησε.
Ήταν ο Άρης ζεστός και υδαρής (δηλαδή ένας μπλε πλανήτης;) ή μια μπάλα πάγου που κατά καιρούς λιώνει; Πίστωση: Kevin Gill
Βασικά, βρήκαν ότι αν ο Άρης είχε εκκεντρότητα 0,17 (σε σύγκριση με την τρέχουσα εκκεντρότητά του 0,0934), αξονική κλίση 25° (σε σύγκριση με 25,19° σήμερα), και ατμοσφαιρική πίεση 600 mbar (100 φορές μεγαλύτερη από αυτή που είναι σήμερα) τότε θα χρειάζονταν περίπου 33.000 έως 1.083.000 χρόνια για να παραχθεί αρκετό νερό τήξης για να σχηματιστούν τα δίκτυα της κοιλάδας. Αλλά υποθέτοντας για μια κυκλική τροχιά, ένα αξονικό πλακίδιο 25° και μια ατμόσφαιρα 1000 mbar, θα χρειαζόταν περίπου 21.000 έως 550.000 χρόνια.
Οι βαθμοί εκκεντρότητας και αξονικής κλίσης που απαιτούνται σε αυτά τα σενάρια είναι αρκετά εντός του εύρους των πιθανών τροχιών για τον Άρη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Και ως Επικεφαλής υποδεικνύεται , αυτή η μελέτη θα μπορούσε να συμβιβάσει τα ατμοσφαιρικά και γεωλογικά στοιχεία που ήταν σε αντίθεση στο 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 εργασίας μας στις Ξηρές κοιλάδες McMurdo της Ανταρκτικής. Αυτήν τη στιγμή διερευνούμε πρόσθετους υποψήφιους μηχανισμούς θέρμανσης, συμπεριλαμβανομένου του ηφαιστείου και των κρατήρων πρόσκρουσης, που μπορεί επίσης να συμβάλουν στο λιώσιμο ενός κρύου και παγωμένου πρώιμου Άρη».
Είναι επίσης σημαντικό στο ότι καταδεικνύει 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 μοιάζουν κατά κάποιο τρόπο και πώς η έρευνα του ενός μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση του άλλου. Τελευταίο, αλλά εξίσου σημαντικό, προσφέρει κάποια σύνθεση σε ένα θέμα που έχει δημιουργήσει αρκετά μερίδια διαφωνιών.
Το θέμα του πώς ο Άρης θα μπορούσε να βιώσει ζεστό, ρέον νερό στην επιφάνειά του - και σε μια εποχή που η έξοδος του Ήλιου ήταν πολύ πιο αδύναμη από ό, τι είναι σήμερα - παρέμεινε αντικείμενο πολλών συζητήσεων. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν κάνει διάφορες προτάσεις για το πώς θα μπορούσε να έχει θερμανθεί ο πλανήτης, που κυμαίνονται από σύννεφα κίρους σε περιοδική εκρήξεις αερίου μεθανίου από κάτω από την επιφάνεια.
Αν και αυτή η πιο πρόσφατη μελέτη δεν έχει διευθετήσει τη συζήτηση μεταξύ των «ζεστών και υδάτινων» και των «κρύων και παγωμένων» στρατοπέδων, προσφέρει πειστικές αποδείξεις ότι τα δύο μπορεί να μην αλληλοαποκλείονται. Η μελέτη ήταν επίσης αντικείμενο α παρουσίαση φτιαγμένο στο 48ο Συνέδριο Σεληνιακής και Πλανητικής Επιστήμης , που έλαβε χώρα από τις 20 έως τις 24 Μαρτίου στο The Woodland του Τέξας.
Περαιτέρω ανάγνωση: Πανεπιστήμιο Μπράουν , Ικάρος