Eisberge in Kratern geben neue Einblicke in das vergangene Marsklima

Neu entdeckte Ablagerungen von geschichtetem Eis in Kratern, die über die südliche Hemisphäre des Mars verstreut sind, geben laut einer neuen Studie Einblicke, wie die Ausrichtung des Planeten das Klima des Planeten in den letzten 4 Millionen Jahren kontrolliert hat. Die Ergebnisse helfen Wissenschaftlern zu verstehen, was das frühere Klima des Mars kontrollierte, was für die Vorhersage, wann der Planet bewohnbar gewesen sein könnte, von entscheidender Bedeutung ist.

Die Studie wurde im AGU-Journal veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefedas kurzformatige, hochwirksame Forschungsergebnisse mit Auswirkungen auf die Erd- und Weltraumwissenschaften veröffentlicht.

Eisablagerungen auf dem Mars spiegeln wie auf der Erde eine Kombination aus Temperatur, Hydrologie und Planetendynamik wider. Die Neigung und Umlaufbahn des Planeten beeinflussen die Temperatur und das Sonnenlicht auf der Oberfläche, die zum Klima beitragen. Dickere, reinere Eisschichten spiegeln im Allgemeinen kalte Perioden mit mehr Eisansammlung wider, während dünne, staubige Schichten wahrscheinlich wärmer waren und weniger Eis aufbauen konnten.

Die neue Studie vergleicht diese Eisschichten mit beispielloser Auflösung und Zuverlässigkeit mit der Neigung der Marsachse und ihrer Umlaufbahnpräzession oder wie sich die elliptische Umlaufbahn des Planeten im Laufe der Zeit um die Sonne dreht.

Die Ergebnisse geben den Wissenschaftlern einen Einblick, wie sich das Marsklima im Laufe der Zeit verändert hat. Während sich die Studie auf die jüngste Vergangenheit beschränkt, hilft die Feststellung dieser Klima-Umlaufbahn-Beziehungen den Wissenschaftlern, das Marsklima tiefer in die Vergangenheit zu verstehen, was dazu beitragen könnte, Perioden potenzieller Bewohnbarkeit zu lokalisieren.

„Es war unerwartet, wie genau diese Muster mit den Orbitalzyklen übereinstimmten“, sagte der Hauptautor der Studie, Michael Sori, ein Planetenwissenschaftler an der Purdue University. „Es war einfach so ein perfektes Match, so gut, wie man es sich nur wünschen kann.“

Von Kappen zu Kratern

Früher haben sich Mars-Klimaforscher auf polare Eiskappen konzentriert, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken. Aber diese Ablagerungen sind alt und haben möglicherweise im Laufe der Zeit Eis verloren, wodurch feine Details verloren gingen, die notwendig sind, um zuverlässig Verbindungen zwischen der Ausrichtung und Bewegung des Planeten und seinem Klima herzustellen.

Sori und seine Kollegen wandten sich Eishügeln in Kratern zu, nur zehn Kilometer breit, aber viel frischer und möglicherweise weniger kompliziert. Nachdem sie einen Großteil der südlichen Hemisphäre abgesucht hatten, lokalisierten sie den 74 Kilometer breiten Burroughs-Krater, der „außergewöhnlich gut erhaltene“ Schichten aufweist, die auf HiRISE-Bildern der NASA sichtbar sind, sagte Sori.

Die Forscher analysierten die Dicke und Form der Schichten und stellten fest, dass sie in den letzten 4 bis 5 Millionen Jahren auffallend ähnliche Muster wie zwei wichtige Umlaufbahndynamiken des Mars aufwiesen, die Neigung der Marsachse und die Umlaufbahnpräzession.

Die Ergebnisse verbessern frühere Forschungen, bei denen die Klimaaufzeichnungen des Polareises des Mars verwendet wurden, um vorläufige Verbindungen zur Umlaufbahn herzustellen. Aber diese Aufzeichnungen waren zu „laut“ oder kompliziert, um die beiden sicher miteinander zu verbinden. Jüngeres, saubereres Kratereis bewahrt weniger komplizierte Klimaaufzeichnungen, die die Forscher nutzten, um Klimaveränderungen mit hoher Präzision mit orbitaler Präzession und Neigung abzugleichen.

Mars als natürliches Labor

Das Erkennen der Verbindungen zwischen Orbitalzyklen und Klima ist wichtig für das Verständnis sowohl der Marsgeschichte als auch der komplexen Klimadynamik auf der Erde. „Der Mars ist ein natürliches Labor für die Untersuchung orbitaler Klimakontrollen“, sagte Sori, weil viele der komplizierenden Faktoren, die auf der Erde existieren – Biologie, Tektonik – auf dem Mars vernachlässigbar sind. Der ganze Planet isoliert im Wesentlichen die Variable für Wissenschaftler.

„Wenn wir jemals das Klima verstehen wollen, müssen wir an Orte gehen, an denen diese Störfaktoren nicht vorkommen“, sagte Isaac Smith, ein Planetenwissenschaftler am Planetary Science Institute und der York University, der nicht an der Studie beteiligt war. In diesem Sinne „ist der Mars ein unberührter Planet. Und es gibt hier viele potenzielle Anwendungen. Mars hat viel mehr mit Pluto und Triton gemeinsam, als Sie denken.“

Nicht alle kleineren Eisablagerungen haben saubere, freiliegende Schichten an ihrer Oberfläche. Einige könnten in den Hügeln versteckt sein. Letztendlich, sagte Sori, sei das Ziel, Eisbohrkerne zu entnehmen, wie es Wissenschaftler auf der Erde tun, aber Mars-Rover haben diese Fähigkeit noch nicht. Stattdessen können Wissenschaftler Bodenradardaten verwenden, um in das Eis „hineinzuschauen“ und nach Schichten zu suchen, um sicherzustellen, dass sich sichtbare Schichten über die gesamte Lagerstätte erstrecken. Dies ist ein notwendiger Qualitätskontrollschritt in der vorliegenden Studie, und die Methode kann zukünftige Erkundungen des Marseises ohne an der Oberfläche sichtbare Schichten unterstützen.

„In der Lage zu sein, ein Klimasignal aus einer kleinen Eisablagerung zu ziehen, ist ein wirklich cooles Ergebnis“, sagte Riley McGlasson, ein Co-Autor der Studie von der Purdue University, der diese Methode in der neuen Studie anwandte. „Mit Radar können wir der ganzen Geschichte näher kommen. Deshalb freue ich mich darauf, in Zukunft noch einen Schritt weiter zu gehen.“