ต้องขอบคุณการสำรวจมาหลายทศวรรษโดยใช้ภารกิจยานอวกาศยานอวกาศแลนเดอร์และโรเวอร์นักวิทยาศาสตร์มีความมั่นใจว่าพันล้านปีก่อนน้ำของเหลวไหลบนพื้นผิวดาวอังคาร นอกเหนือจากนั้นยังมีคำถามอีกหลายคำถามที่ยังคงมีอยู่ซึ่งรวมถึงการไหลของน้ำเป็นระยะ ๆ หรือสม่ำเสมอ กล่าวอีกนัยหนึ่งดาวอังคารเป็นสภาพแวดล้อมที่“ อบอุ่นและเปียกชื้น” เมื่อหลายพันล้านปีก่อนหรือมากกว่านั้นตามแนวของ“ ความเย็นและเยือกแข็ง”?
คำถามเหล่านี้ยังคงมีอยู่เนื่องจากธรรมชาติของพื้นผิวและบรรยากาศของดาวอังคารซึ่งเสนอคำตอบที่ขัดแย้งกัน จากการศึกษาใหม่จากมหาวิทยาลัยบราวน์ปรากฏว่าทั้งสองกรณีนี้ โดยทั่วไปดาวอังคารยุคแรกอาจมีน้ำแข็งบนพื้นผิวจำนวนมากซึ่งมีประสบการณ์การละลายเป็นระยะทำให้เกิดน้ำของเหลวเพียงพอที่จะแกะสลักหุบเขาและทะเลสาบโบราณที่มองเห็นบนโลกในปัจจุบัน
การศึกษาในหัวข้อ“ แบบจำลองภูมิอากาศตอนปลายของ Noachian Icy Highlands: การสำรวจความเป็นไปได้ของการหลอมละลายแบบชั่วคราวและกิจกรรม Fluvial / Lacustrine ผ่านอุณหภูมิสูงสุดประจำปีและฤดูกาลตามฤดูกาล "เพิ่งปรากฏใน อิคารัส แอชลีย์พาลัมโบ - ปริญญาเอก นักศึกษากับภาควิชาธรณีวิทยาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมและดาวเคราะห์ของบราวน์เป็นผู้นำการศึกษาและร่วมงานกับอาจารย์ผู้สอน (Jim Head) และศาสตราจารย์ Robin Wordsworth จากคณะวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด
เพื่อการศึกษาพาลัมโบและเพื่อนร่วมงานของเธอพยายามค้นหาสะพานระหว่างธรณีวิทยาของดาวอังคาร (ซึ่งบ่งบอกว่าดาวเคราะห์เคยอบอุ่นและเปียก) และแบบจำลองบรรยากาศซึ่งแนะนำว่ามันเย็นและเย็นยะเยือก ดังที่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ว่าในอดีตที่ผ่านมาดาวอังคารมักถูกแช่แข็งด้วยธารน้ำแข็ง ในช่วงอุณหภูมิสูงสุดทุกวันในฤดูร้อนธารน้ำแข็งเหล่านี้จะละลายที่ขอบเพื่อผลิตน้ำไหล
หลังจากผ่านไปหลายปีพวกเขาสรุปว่าตะกอนน้ำเค็มขนาดเล็กเหล่านี้น่าจะเพียงพอที่จะแกะสลักลักษณะที่สังเกตได้บนพื้นผิวในวันนี้ ที่โดดเด่นที่สุดคือพวกเขาสามารถแกะสลักชนิดของโครงข่ายหุบเขาที่พบเห็นบนที่ราบสูงทางใต้ของดาวอังคาร ดังที่ Palumbo อธิบายไว้ในงานแถลงข่าวของ Brown University การศึกษาของพวกเขาได้แรงบันดาลใจจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่คล้ายกันซึ่งเกิดขึ้นที่นี่บนโลก:
“ เราเห็นสิ่งนี้ในหุบเขาแห้งแอนตาร์กติกซึ่งการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามฤดูกาลนั้นเพียงพอที่จะก่อตัวและรักษาทะเลสาบแม้ว่าอุณหภูมิเฉลี่ยต่อปีจะต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เราต้องการตรวจสอบว่ามีบางสิ่งที่คล้ายกันอาจเป็นไปได้สำหรับดาวอังคารโบราณหรือไม่”
เพื่อตรวจสอบความเชื่อมโยงระหว่างแบบจำลองชั้นบรรยากาศและหลักฐานทางธรณีวิทยาพาลัมโบและทีมของเธอเริ่มต้นด้วยแบบจำลองสภาพภูมิอากาศที่ทันสมัยสำหรับดาวอังคาร แบบจำลองนี้สันนิษฐานว่าเมื่อ 4 พันล้านปีก่อนบรรยากาศส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (เหมือนที่เป็นอยู่ทุกวันนี้) และผลลัพธ์ของดวงอาทิตย์อ่อนแอกว่าตอนนี้มาก จากแบบจำลองนี้พวกเขาพบว่าดาวอังคารโดยทั่วไปหนาวและเย็นยะเยือกในช่วงก่อนหน้านี้
อย่างไรก็ตามพวกเขายังรวมถึงตัวแปรหลายตัวที่อาจมีอยู่บนดาวอังคารเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน สิ่งเหล่านี้รวมถึงการปรากฏตัวของบรรยากาศที่หนาขึ้นซึ่งจะช่วยให้เกิดภาวะเรือนกระจกที่สำคัญยิ่งขึ้น เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถตกลงกันได้ว่าบรรยากาศของดาวอังคารที่หนาแน่นอยู่ระหว่าง 4.2 ถึง 3.7 พันล้านปีก่อน Palumbo และทีมของเธอวิ่งแบบจำลองเพื่อพิจารณาความหนาแน่นของบรรยากาศในระดับต่างๆ
พวกเขายังพิจารณาการแปรผันในวงโคจรของดาวอังคารที่อาจมีอยู่เมื่อ 4 พันล้านปีก่อนซึ่งอาจมีการคาดเดาเช่นกัน ที่นี่เช่นกันพวกเขาทดสอบสถานการณ์จำลองที่มีความน่าเชื่อถือหลากหลายซึ่งรวมถึงความแตกต่างของความลาดเอียงตามแนวแกนและองศาที่แตกต่างของความเยื้องศูนย์กลาง เรื่องนี้จะส่งผลกระทบต่อจำนวนซีกโลกหนึ่งดวงที่ได้รับแสงแดดอีกดวงหนึ่งและนำไปสู่การแปรผันของอุณหภูมิตามฤดูกาลที่สำคัญกว่า
ในตอนท้ายแบบจำลองได้สร้างสถานการณ์ที่น้ำแข็งปกคลุมพื้นที่ใกล้กับที่ตั้งของเครือข่ายหุบเขาในที่ราบสูงตอนใต้ ในขณะที่อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกในสถานการณ์เหล่านี้ต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง แต่ก็ยังผลิตอุณหภูมิฤดูร้อนสูงสุดในภูมิภาคที่สูงกว่าการแช่แข็ง สิ่งเดียวที่เหลืออยู่ก็คือการแสดงให้เห็นว่าปริมาณน้ำที่ผลิตได้จะเพียงพอที่จะแกะสลักหุบเขาเหล่านั้น
โชคดีที่ในปี 2558 ศาสตราจารย์จิมเฮดและเอเลียตโรเซ็นเบิร์ก (ระดับปริญญาตรีกับบราวน์ในเวลานั้น) ได้ทำการศึกษาซึ่งประเมินปริมาณน้ำขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการผลิตหุบเขาที่ใหญ่ที่สุด เมื่อใช้การประมาณการเหล่านี้พร้อมกับการศึกษาอื่น ๆ ที่ให้การประเมินอัตราการไหลบ่าที่จำเป็นและระยะเวลาของการสร้างเครือข่ายหุบเขา Palumbo และเพื่อนร่วมงานของเธอพบว่ามีสถานการณ์จำลองที่ได้มาจากแบบจำลอง
โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาพบว่าหากดาวอังคารมีความเยื้องศูนย์ 0.17 (เทียบกับความเยื้องศูนย์ของปัจจุบัน 0.0934) แนวแกนเอียง 25 ° (เทียบกับ 25.19 °วันนี้) และความดันบรรยากาศ 600 mbar (100 เท่าของวันนี้) จากนั้นจะใช้เวลาประมาณ 33,000 ถึง 1,083,000 ปีในการผลิตนํ้าแข็งเพียงพอที่จะสร้างเครือข่ายหุบเขา แต่สมมติว่าเป็นวงโคจรวงกลมกระเบื้องแกน 25 °และบรรยากาศ 1,000 mbar มันจะใช้เวลาประมาณ 21,000 ถึง 550,000 ปี
องศาของความเยื้องศูนย์และการเอียงตามแนวแกนที่จำเป็นในสถานการณ์เหล่านี้นั้นอยู่ในช่วงของการโคจรที่เป็นไปได้สำหรับดาวอังคารเมื่อ 4 พันล้านปีก่อน และตามที่หัวหน้าระบุการศึกษานี้สามารถกระทบยอดหลักฐานทางบรรยากาศและทางธรณีวิทยาที่เคยขัดแย้งกันในอดีต:
“ งานนี้เพิ่มสมมุติฐานที่เป็นไปได้เพื่ออธิบายถึงวิธีการที่น้ำของเหลวอาจก่อตัวขึ้นบนดาวอังคารยุคแรกในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการละลายตามฤดูกาลที่ก่อให้เกิดลำธารและทะเลสาบที่เราสังเกตเห็นในระหว่างการทำงานภาคสนามในหุบเขาแห้งแล้ง ขณะนี้เรากำลังสำรวจกลไกการเพิ่มความร้อนของผู้สมัครซึ่งรวมถึงภูเขาไฟและผลกระทบจากการเหวี่ยงซึ่งอาจทำให้เกิดการละลายของดาวอังคารในช่วงต้นเย็นและน้ำแข็ง”
มันก็มีความสำคัญในการที่มันแสดงให้เห็นว่าสภาพภูมิอากาศของดาวอังคารเป็นเรื่องที่แตกต่างที่เกิดขึ้นเป็นประจำบนโลกนี้ สิ่งนี้ยังเป็นตัวบ่งชี้ว่าเครื่องบินสองลำของเรามีความคล้ายคลึงกันอย่างไรและวิธีการวิจัยของเครื่องบินลำหนึ่งสามารถช่วยพัฒนาความเข้าใจของอีกฝ่ายได้ ท้ายสุด แต่ไม่ท้ายสุดมันมีการสังเคราะห์บางอย่างสำหรับเรื่องที่ทำให้เกิดความไม่เห็นด้วยร่วมกัน
เรื่องที่ว่าดาวอังคารจะมีน้ำอุ่นไหลบนพื้นผิวของมันได้อย่างไรและในเวลาที่ผลลัพธ์ของดวงอาทิตย์อ่อนแอกว่าที่เป็นอยู่ทุกวันนี้ยังคงเป็นประเด็นถกเถียงมากมาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิจัยได้ให้คำแนะนำที่หลากหลายเกี่ยวกับวิธีที่โลกจะได้รับความอบอุ่นตั้งแต่เมฆขนปุยไปจนถึงการระเบิดของก๊าซมีเทนจากใต้พื้นผิว
ในขณะที่การศึกษาล่าสุดนี้ไม่ได้ตัดสินการอภิปรายระหว่างค่าย "อบอุ่นและเป็นน้ำ" และ "เย็นและเย็นยะเยือก" แต่มันก็มีหลักฐานที่น่าสนใจว่าทั้งสองอาจไม่ได้เกิดร่วมกัน การศึกษายังเป็นเรื่องของการนำเสนอที่ทำในการประชุมวิทยาศาสตร์ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ดวงที่ 48 ซึ่งจัดขึ้นระหว่างวันที่ 20 ถึง 24 มีนาคมใน The Woodland, Texas
