Radar NASA odnajduje ślady epoki lodowcowej na Marsie

Cykle pogodowe prowadzą do powstawania coraz to nowych warstw lodu i pyłu w marsjańskich czapach polarnych. Powyższe zdjęcie to rzut  wykonany na podstawie danych zebranych za pomocą instrumentu THEMIS na pokładzie sondy Mars Odyssey. Źródło: NASA/JPL/Arizona State University, R. Luk
Cykle pogodowe prowadzą do powstawania coraz to nowych warstw lodu i pyłu w marsjańskich czapach polarnych. Powyższe zdjęcie to rzut wykonany na podstawie danych zebranych za pomocą instrumentu THEMIS na pokładzie sondy Mars Odyssey. Źródło: NASA/JPL/Arizona State University, R. Luk

Naukowcy analizujący dane radarowe zebrane za pomocą sondy Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) odkryli zapis ostatniej epoki lodowcowej na Marsie zapisany w północnej czapie polarnej.

Nowe wyniki zgadzają się z wcześniejszymi modelami, które wskazują na koniec ostatniej epoki lodowcowej jakieś 400 000 lat temu oraz z przewidywaniami tego jak dużo lodu zebrało się na biegunach od tego czasu.

Wyniki, które zostaną opublikowane jutro w periodyku Science, pomagają dopracować modele przeszłości i przyszłości klimatu Czerwonej Planety pozwalając naukowcom oszacować ilość i ruch  lodu między biegunami, a średnimi szerokościami geograficznymi.

Na Marsie występują jasne czapy polarne, które można dostrzec za pomocą teleskopów z Ziemi. W ciągu roku wyraźnie widać zmiany ilości lodu składającego się z dwutlenku węgla. W ciągu lata na półkuli północnej, pozostała czapa polarna składa się w całości z lodu wodnego, południowa czapa polarna także składa się z lodu wodnego, jednak ona nawet latem pozostaje przykryta cienką warstwą lodu składającego się z dwutlenku węgla.

Jednak w toku setek tysięcy lat na Marsie także zachodzą zmiany w nachyleniu i kształcie orbity. Tego typu zmiany powodują znaczące zmiany klimatyczne na planecie, włącznie z epokami lodowcowymi. Na Ziemi także mamy do czynienia z takimi fazami – są to tzw. cykle Milankovicia.

Naukowcy wykorzystali dane zebrane przez instrument SHARAD (Shallow Subsurface Radar) zainstalowany na pokładzie MRO do stworzenia obrazów zwanych radargramami, które są pionowymi przekrojami przez warstwy lodu i pyłu tworzące marsjańskie czapy polarne. W ramach najnowszych badań, badacze przeanalizowali setki takich zdjęć w celu  zbadania różnic we właściwościach poszczególnych warstw.

Analizując obrazy radarowe jak ten na górze, naukowcy odkrywają dowody przeszłości klimatycznej północnej czapy polarnej na Marsie. Źródło: NASA/JPL/Sapienza University of Rome
Analizując obrazy radarowe jak ten na górze, naukowcy odkrywają dowody przeszłości klimatycznej północnej czapy polarnej na Marsie. Źródło: NASA/JPL/Sapienza University of Rome

Udało się zidentyfikować granicę w lodzie rozprzestrzeniającą się na całą północną czapę polarną. Powyżej tej granicy warstwy akumulowały się bardzo szybko i jednorodnie, w porównaniu do warstw poniżej.

„Warstwy znajdujące się w górnych kilkuset metrach  wykazującą cechy wskazujące na okres erozji, a następnie okres gwałtownej akumulacji, która trwa do dzisiaj,” mówi planetolog Isaac Smith, główny autor badania. Smith kierował badaniami podczas swojego pobytu w Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado. Teraz pracuje w Planetary Science Institute w Tucson w Arizonie.

Na Ziemi epoki lodowcowe przychodzą gdy obszary okołobiegunowe oraz na wysokich szerokościach geograficznych ochładzają się przez tysiące lat, przez co lodowce się rozrastają w kierunku niższych szerokości geograficznych. W przeciwieństwie do tego procesu na Marsie zmienność pojawia się gdy – w wyniku zwiększonego nachylenia osi obrotu planety – jego bieguny stają się cieplejsze niż niższe szerokości. W tych okresach czapy polarne wycofują się, a para wodna przemieszcza się w kierunku równika prowadząc do powstawania zlodowacenia podziemnego i powstawania lodowców na niższych szerokościach. Gdy ciepły okres na biegunach dobiega końca, ponownie dochodzi do gromadzenia się lodu na biegunach i jego utraty na niższych szerokościach. To cofanie i ponowny wzrost czapy polarnej to dokładnie to, co Smith wraz ze współpracownikami zauważył w danych radarowych z instrumentu SHARAD.

Wzrost rozmiarów czapy polarnej po zakończeniu epoki lodowcowej oczekiwany jest także w modelach klimatu pokazujących jak lód przemieszcza się wraz ze zmianami właściwości orbity planety, szczególnie z jej nachyleniem. Modele te przewidują, że ostatnia epoka lodowcowa na Marsie zakończyła się około 400 000 lat temu, gdy bieguny zaczęły się ochładzać w stosunku do równika. Modele wskazują, że od tego czasu grubość lodu na biegunach wzrosła o około 300 metrów.

Górna warstwa określona przez Smitha i jego współpracowników osiąga maksymalną grubość 320 metrów na całej czapie polarnej co odpowiada 60-centymetrowej grubości warstwie lodu na całej powierzchni planety. Wartości te zgadzają się z przewidywaniami modeli opracowanych przez innych naukowców w 2003 i 2007 roku.

„Oznacza to, że udało nam się zidentyfikować zapis ostatniej epoki lodowcowej na Marsie oraz wzrost czapy polarnej od tego czasu. Wykorzystując te pomiary, możemy poprawić naszą wiedzę o tym jak dużo wody przemieszcza się między biegunami a niższymi szerokościami, a tym samym poprawić naszą wiedzę o marsjańskim klimacie,” mówi Smith.

Po 10 latach spędzonych na orbicie wokół Marsa, sonda Mars Reconnaissance Orbiter wraz ze swoimi sześcioma instrumentami naukowymi wciąż działa doskonale. „Żywotność tej sondy pozwoliła nam dokładniej zbadać radarowo marsjańskie bieguny,” mówi Richard Zurek, główny naukowiec misji z NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie.

Źródło: NASA