Tako kot Zemlja je tudi Mars doživel obdobja ekstremne poledenitve ali pokritosti z ledenimi ploščami, ki so znana kot ledene dobe. Ko te ledene dobe prihajajo in gredo, se ledeniki širijo in krčijo vzdolž površja planeta ter zmeljejo ogromne balvane na manjše skale. S preučevanjem velikosti balvanov in skal na določenih lokacijah na Marsu bi morali biti sposobni razumeti zgodovino marsovskih ledenih dob.
Nova študija je naredila prav to.
Nad vprašanjem Marsovih ledenih dob visi vprašaj. Površje planeta je poseljeno z ledeniškimi usedlinami, pokritimi z naplavinami. Ali so bili ti ledeniki posledica številnih ledenih dob v zadnjih 300 do 800 milijonih let? Ali pa je obstajala ena neprekinjena ledena doba, ki jih je rodila vse? Če bi znanstveniki lahko odgovorili na to vprašanje, bi zapolnili nekaj velikih vrzeli v svojem razumevanju Marsove zgodovine.
Joe Levy, planetarni znanstvenik in docent za geologijo na univerzi Colgate, je želel odgovoriti na to vprašanje. On in njegovi sodelavci so pregledali 45 ledenikov na Marsu z uporabo slik visoke ločljivosti iz Mars Reconnaissance Orbiter. Njihovo prelomno delo nam daje novo razumevanje zgodovine Marsa in kaže, da je Mars šel skozi številne ledene dobe.
Nova študija ima naslov ' Površinski balvani kažejo na marsovske ledenike, pokrite z naplavinami, ki so nastali v več poledentvah .” Med soavtorji so študenti in alumni Colgate, pa tudi raziskovalci iz Nase in več drugih univerz. Študija je objavljena v Proceedings of the National Academy of Sciences.
'Obstajajo res dobri modeli za Marsove orbitalne parametre za zadnjih 20 milijonov let,' je dejal Levy v izjava za javnost . 'Po tem postanejo modeli kaotični.'
Nagnjenost planeta ali aksialni nagib ustvarja letne čase. Spremembe nagnjenosti sprožijo ledene dobe. Medtem ko je zemeljska nagnjenost relativno stabilna, Mars ni. Zaradi gravitacijskega navora drugih večjih planetov se lahko Marsov aksialni nagib spreminja zelo in kaotično. Znanstveniki menijo, da lahko doseže vrednosti do 60 stopinj in celo do 10 stopinj. Primerjajte to s 23 stopinjami Zemlje, ki je stabilna s pomočjo naše velike Lune.
Sodobni Mars doživlja ciklične spremembe podnebja in posledično porazdelitev ledu. Za razliko od Zemlje se nagnjenost (ali nagib) Marsa bistveno spreminja v časovnih okvirih od sto tisoč do milijonov let. Trenutno nagnjeni približno 25 stopinj na Marsovi rotacijski osi, je led prisoten v razmeroma skromnih količinah na severnem in južnem polu (zgoraj levo). Ta shema prikazuje, da se led nabira blizu ekvatorja pri velikih nagnjenostih (zgoraj desno) in da se polovi povečujejo pri zelo nizkih nagnjenjih (spodaj). Zasluge za sliko: NASA/JPL-Caltech
Obstaja kritična razlika med preučevanjem ledenih dob na Zemlji in ledenih dob na Marsu. Ledeniki, ki so nastali med zadnjo ledeno dobo Zemlje, ki je dosegla vrhunec pred približno 20.000 leti, so se umaknili na poli in gore. Ko pa so se razširili, so potisnili veliko skale pred seboj. Ko so se umaknili, so za seboj pustili vse tiste skale.
Toda na Marsu se ledeniki nikoli niso umaknili. Namesto tega so še vedno tam, pokriti z naplavinami. Prav tako so predpasniki iz naplavin ali LDA. 'Vse skale in pesek, ki so ga nosili na tem ledu, so ostali na površini,' je dejal Levy. 'To je kot da bi led postavili v hladilnik pod vse te usedline.'
Ta slika iz CTX kamere Mars Reconnaissance Orbiter prikazuje mezo s tremi predpasniki naplavin v Marsovem štirikotniku Ismenius Lacus. Čeprav ti LDA niso iz ledenika, ponazarjajo koncept. Zasluge za sliko: Jim Secosky je spremenil NASA-ino sliko NASA/JPL/University of Arizona/Secosky – http://viewer.mars.asu.edu/planetview/inst/ctx/D02_028115_2225_XI_42N341W#P=D02_24251W#P=D02_24251W#P=D02_242515, https://www.domain.com //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=66634749
Levy in njegova ekipa sta vedela, da bi, če bi lahko razkrila zgodovino Marsovih ledenih dob, lahko sestavila tudi zgodovino Marsove orbitalne nagnjenosti in njegovega podnebja. Lahko bi tudi izvedeli, katere vrste kamnin in plinov so ujeti v ledu. In če so tam kakšni mikrobi, bodo morda lahko ugotovili, katere vrste.
'Ti ledeniki so majhne časovne kapsule, ki zajemajo posnetke tega, kar je pihalo v ozračju Marsa.'
Joe Levy, planetarni znanstvenik, univerza Colgate.
Levy je izumil način za preučevanje zgodovine marsovskih ledenih dob. Ker se skale sčasoma zmeljejo v manjše velikosti, bi lahko bil pregled kamnin ključnega pomena. Če bi Levy in njegova ekipa lahko našli območja na Marsu z enakomernim napredovanjem navzdol od večjih kamnin do manjših kamnin, bi to bil dokaz ene same, dolgotrajne ledene dobe.
Toda vse je bilo treba narediti z uporabo orbitalnih slik iz znanstvenega eksperimenta visoke ločljivosti (HiRISE) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Ekipa je uporabila slike 45 različnih ledenikov na Marsu in se ukvarjala s štetjem velikosti in števila kamnin. HiRISE se ponaša z ločljivostjo slike 25 cm (9,8 in) na slikovno piko, kar je približno enake velikosti kot povprečen krožnik.
V idealnem primeru bi raziskovalci lahko uporabili AI za prepoznavanje, štetje in merjenje vseh teh kamnin na vseh teh ledenikih. Toda AI tega ni mogel obvladati; naloga je zahtevala človeške oči in um. Tako je Levy dal 10 študentov delati na slikah v dveh poletjih. Učenci so skupaj prešteli in izmerili približno 60.000 velikih kamnin. 'Opravili smo nekakšno virtualno terensko delo, hodili po teh ledenikih gor in dol in kartirali balvane,' je dejal Levy.
Rezultati so bili nepričakovani. Ni bilo urejenega napredovanja, ampak bolj naključno razprševanje balvanov. To je bil sprva šok za raziskovalce. 'Pravzaprav so nam balvani pripovedovali drugačno zgodbo,' je dejal Levy. »Njihova velikost ni bila pomembna; tako so bili združeni ali združeni.'
To je raziskovalce pripeljalo do pomembnega vpogleda. Ker skale niso bile zdrobljene, to pomeni, da so se morale premikati v notranjosti ledenika, namesto da bi se drobile skupaj. Skale so bile razporejene v pasove po površini ledenikov in Levy in njegovi sodelavci so ugotovili, da pasovi pomenijo različne ledene dobe, saj je Mars nihal na svoji osi.
V svojem prispevku pišejo: 'Nadglacialni skalni naplavin na LDA naj bi delno posledica sublimacije ledu LDA, ki sprošča fine usedline (1 m) kamnin, ki potujejo supraglacialno, v primerih, tvorijo vzdolžne skalnate cone, podobne medialnim morenam.
Ta slika iz študije primerja gostoto površinskih balvanov v ledenikih Mullins in Friedman na Zemlji s tremi lokacijami na Marsu. Vsi marsovski predpasniki so usmerjeni navzdol proti dnu slike. Barvno kodiranje prikazuje gostoto jedra balvanov. Balvani so združeni na vseh mestih, na Zemlji pa so balvani poravnani z ločnimi površinskimi diskontinuitetami (označenimi kot ASD). Arcuate pomeni lok ali ukrivljen. Zasluge za sliko: Levy et al 2021.
Delo ekipe je pokazalo, da je Mars v zadnjih 300 do 800 milijonih let preživel od šest do 20 različnih ledenih dob. Ker so bile te ledene dobe posledica sprememb v aksialnem nagibu planeta, je rezultat zapis – nepopoln, a še vedno zapis – o Marsovi orbiti in nagnjenosti ter njegovem podnebju. 'Prepasniki z naplavinami lahko ohranijo led, ki sega v več ledeniških/medledeniških ciklov, s čimer podaljšajo podnebne zapise Marsa na stotine milijonov let nazaj,' pišejo avtorji v svojem prispevku.
'Ta dokument je prvi geološki dokaz o tem, kaj bi marsovska orbita in nagnjenost lahko počela več sto milijonov let,' je dejal Levy.
Ugotovitev je pomembna tudi iz drugih razlogov. Ti ledeniki so skladišče dokazov o Marsovi zgodovini.
Deuteronilus Mensae (DM) ima veliko hrapavih površin. Mars Reconnaissance Orbiter je pokazal, da so številna območja v DM podzemni ledeniki, prekriti s tanko plastjo naplavin. Slika: NASA/JPL/Univerza v Arizoni
'Ti ledeniki so majhne časovne kapsule, ki zajemajo posnetke tega, kar je pihalo v ozračju Marsa,' je dejal Levy. 'Zdaj vemo, da imamo dostop do sto milijonov let marsove zgodovine, ne da bi nam bilo treba vrtati globoko skozi skorjo - lahko se preprosto odpravimo na pohod po površini.'
Tudi ledeniki nam lahko kaj povedo pri iskanju življenja na Marsu. 'Če naokoli pihajo biološki označevalci, bodo tudi ti ujeti v led,' je dejal Levy.
Ti rezultati bodo koristni tudi za AI. Podatke je mogoče uporabiti za usposabljanje AI za pregledovanje več slik več ledenikov. Levy in njegova ekipa preslikavata preostale Marsove ledenike in upata, da bo AI prepoznala in izmerila balvane. Vsi ti podatki bodo okrepili naše razumevanje Marsove podnebne zgodovine.
In Marsova podnebna zgodovina je pomembna za splošno vprašanje človeštva o Marsu: ali je kdaj podpiral življenje?
'Veliko dela je treba opraviti, da bi ugotovili podrobnosti marsovske podnebne zgodovine,' je dejal Levy, 'vključno s tem, kdaj in kje je bilo dovolj toplo in dovolj mokro, da so bile slanice in tekoča voda.'
Več:
- Izjava za javnost: Planetarni geolog Colgate objavlja revolucionarno analizo skrivnostnih marsovskih ledenikov
- Objavljena raziskava: Površinski balvani kažejo na marsovske ledenike, pokrite z naplavinami, ki so nastali v več poledentvah
- Vesolje danes: Marsovske značilnosti so izklesali ledeniki, ne tekoče reke