Nhờ nhiều thập kỷ thăm dò sử dụng các nhiệm vụ quỹ đạo robot, tàu đổ bộ và máy bay, các nhà khoa học chắc chắn rằng hàng tỷ năm trước, nước lỏng chảy trên bề mặt Sao Hỏa. Ngoài ra, vẫn còn nhiều câu hỏi, trong đó bao gồm việc dòng nước không liên tục hay thường xuyên. Nói cách khác, sao Hỏa thực sự là một môi trường ấm áp và ẩm ướt của hàng tỷ năm trước, hay nó nằm dọc theo dòng của lạnh và băng giá?
Những câu hỏi này vẫn tồn tại do bản chất của bề mặt và bầu khí quyển Sao Hỏa, nơi đưa ra những câu trả lời mâu thuẫn. Theo một nghiên cứu mới từ Đại học Brown, dường như cả hai đều có thể là trường hợp. Về cơ bản, sao Hỏa thời kỳ đầu có thể có một lượng băng bề mặt đáng kể trải qua quá trình tan chảy định kỳ, tạo ra lượng nước lỏng đủ để khắc ra các thung lũng cổ và lòng hồ nhìn thấy trên hành tinh ngày nay.
Nghiên cứu có tiêu đề Mô hình khí hậu vùng cao muộn Noachian Icy: Khám phá khả năng tan chảy thoáng qua và hoạt động của dịch cúm / Lacustrine thông qua đỉnh Nhiệt độ hàng năm và theo mùa, gần đây đã xuất hiện trong Icarus. Ashley Palumbo - bằng tiến sĩ sinh viên Khoa Khoa học Trái đất, Môi trường và Hành tinh Brown dẫn đầu nghiên cứu và được tham gia bởi giáo sư giám sát của cô (Jim Head) và Giáo sư Robin Wordsworth của Trường Khoa học Ứng dụng và Khoa học Ứng dụng Đại học Harvard.
Vì lợi ích của nghiên cứu, Palumbo và các đồng nghiệp của cô đã tìm kiếm cây cầu giữa địa chất Mars Mars (điều này cho thấy hành tinh này từng ấm và ẩm ướt) và các mô hình khí quyển của nó, cho thấy nó lạnh và băng giá. Như họ đã chứng minh, thật đáng tin rằng trong quá khứ, sao Hỏa thường bị đóng băng với sông băng. Trong nhiệt độ cao điểm hàng ngày vào mùa hè, những dòng sông băng này sẽ tan chảy ở rìa để tạo ra nước chảy.
Sau nhiều năm, họ kết luận, những mỏ nước nhỏ này sẽ đủ để khắc các đặc điểm quan sát được trên bề mặt ngày nay. Đáng chú ý nhất, họ có thể đã chạm khắc các loại mạng lưới thung lũng đã được quan sát trên vùng cao nguyên phía nam sao Hỏa. Như Palumbo đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Đại học Brown, nghiên cứu của họ được lấy cảm hứng từ các động lực khí hậu tương tự diễn ra ở đây trên Trái đất:
Chúng tôi thấy điều này ở Thung lũng khô Nam Cực, nơi sự thay đổi nhiệt độ theo mùa là đủ để hình thành và duy trì các hồ mặc dù nhiệt độ trung bình hàng năm thấp hơn nhiều so với đóng băng. Chúng tôi muốn xem liệu điều gì đó tương tự có thể xảy ra với sao Hỏa cổ đại.
Để xác định mối liên hệ giữa các mô hình khí quyển và bằng chứng địa chất, Palumbo và nhóm của cô đã bắt đầu với một mô hình khí hậu tối tân cho Sao Hỏa. Mô hình này giả định rằng 4 tỷ năm trước, bầu khí quyển chủ yếu bao gồm carbon dioxide (như ngày nay) và sản lượng của Sun Sun yếu hơn nhiều so với bây giờ. Từ mô hình này, họ xác định rằng Sao Hỏa thường lạnh và băng giá trong những ngày đầu.
Tuy nhiên, chúng cũng bao gồm một số biến số có thể đã có mặt trên Sao Hỏa 4 tỷ năm trước. Chúng bao gồm sự hiện diện của một bầu không khí dày hơn, sẽ cho phép hiệu ứng nhà kính quan trọng hơn. Vì các nhà khoa học không thể đồng ý rằng bầu khí quyển Mars Mars dày đặc như thế nào trong khoảng từ 4.2 đến 3.7 tỷ năm trước, Palumbo và nhóm của cô đã điều hành các mô hình để tính đến các mức độ khác nhau của mật độ khí quyển.
Họ cũng đã xem xét các biến thể trong quỹ đạo Sao Hỏa có thể tồn tại 4 tỷ năm trước, điều này cũng đã chịu một số phỏng đoán. Ở đây cũng vậy, họ đã thử nghiệm một loạt các kịch bản hợp lý, bao gồm sự khác biệt về độ nghiêng dọc trục và mức độ lệch tâm khác nhau. Điều này sẽ ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời được nhận bởi một bán cầu so với một bán cầu khác và dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ theo mùa đáng kể hơn.
Cuối cùng, mô hình đã tạo ra các kịch bản trong đó các vùng băng bao phủ gần vị trí của các mạng lưới thung lũng ở vùng cao nguyên phía nam. Mặc dù hành tinh có nghĩa là nhiệt độ hàng năm trong các kịch bản này thấp hơn mức đóng băng, nhưng nó cũng tạo ra nhiệt độ mùa hè cao điểm ở khu vực tăng cao hơn mức đóng băng. Điều duy nhất còn lại là chứng minh rằng lượng nước sản xuất sẽ đủ để khắc những thung lũng đó.
May mắn thay, trở lại vào năm 2015, Giáo sư Jim Head và Eliot Rosenberg (một sinh viên đại học tại Brown vào thời điểm đó) đã tạo ra một nghiên cứu ước tính lượng nước tối thiểu cần thiết để sản xuất lớn nhất các thung lũng này. Sử dụng các ước tính này, cùng với các nghiên cứu khác cung cấp các ước tính về tỷ lệ dòng chảy cần thiết và thời gian hình thành mạng lưới thung lũng, Palumbo và các đồng nghiệp của cô đã tìm thấy một kịch bản bắt nguồn từ mô hình hoạt động.
Về cơ bản, họ phát hiện ra rằng nếu sao Hỏa có độ lệch tâm 0,17 (so với độ lệch tâm hiện tại là 0,0934) thì độ nghiêng trục là 25 ° (so với 25,19 ° ngày nay) và áp suất khí quyển là 600 mbar (gấp 100 lần so với hiện nay) sau đó sẽ mất khoảng 33.000 đến 1.083.000 năm để tạo ra lượng nước tan chảy đủ để hình thành mạng lưới thung lũng. Nhưng giả sử cho một quỹ đạo tròn, một ngói trục 25 ° và bầu khí quyển 1000 mbar, sẽ mất khoảng 21.000 đến 550.000 năm.
Mức độ lệch tâm và độ nghiêng trục cần thiết trong các kịch bản này nằm trong phạm vi quỹ đạo có thể có của Sao Hỏa 4 tỷ năm trước. Và như Head chỉ ra, nghiên cứu này có thể dung hòa các bằng chứng về khí quyển và địa chất đã xảy ra mâu thuẫn trong quá khứ:
Công trình này bổ sung một giả thuyết hợp lý để giải thích cách thức mà nước lỏng có thể hình thành trên sao Hỏa sớm, theo cách tương tự như sự tan chảy theo mùa tạo ra các dòng suối và hồ mà chúng ta quan sát được trong quá trình làm việc tại Thung lũng khô McMurdo ở Nam Cực. Chúng tôi hiện đang khám phá các cơ chế làm ấm ứng cử viên bổ sung, bao gồm núi lửa và miệng núi lửa va chạm, điều đó cũng có thể góp phần làm tan chảy một sao Hỏa lạnh lẽo và băng giá sớm.
Nó cũng có ý nghĩa ở chỗ nó chứng minh rằng khí hậu Sao Hỏa chịu sự biến đổi cũng xảy ra thường xuyên ở đây trên Trái đất. Điều này cung cấp một dấu hiệu khác về cách hai mặt phẳng của chúng ta giống nhau theo một số cách và cách nghiên cứu về cái này có thể giúp thúc đẩy sự hiểu biết của chúng ta về cái kia. Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, nó cung cấp một số tổng hợp cho một chủ đề đã tạo ra một sự bất đồng công bằng.
Chủ đề về cách sao Hỏa có thể trải nghiệm dòng nước ấm, chảy trên bề mặt của nó - và tại thời điểm sản lượng của Sun Sun yếu hơn nhiều so với hiện nay - vẫn là chủ đề của nhiều cuộc tranh luận. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã đưa ra những gợi ý khác nhau về việc làm thế nào hành tinh có thể được làm ấm, từ những đám mây xơ xác đến những vụ nổ khí metan định kỳ từ bên dưới bề mặt.
Mặc dù nghiên cứu mới nhất này chưa hoàn toàn giải quyết được cuộc tranh luận giữa các khu vực ấm và nước Bỉ và các trại lạnh và băng giá, nhưng nó đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng hai người có thể không loại trừ lẫn nhau. Nghiên cứu này cũng là chủ đề của bài thuyết trình được thực hiện tại Hội nghị Khoa học Hành tinh và Hành tinh lần thứ 48, diễn ra từ ngày 20 đến 24 tháng 3 tại The Woodland, Texas.
