Nel 1966, due scienziati del Caltech stavano rimuginando sulle implicazioni del sottile biossido di carbonio (CO ₂ ) Atmosfera marziana rivelata per la prima volta da Mariner IV, una navicella spaziale della NASA costruita e pilotata dal JPL. Hanno teorizzato che Marte, con una tale atmosfera, potrebbe avere un deposito polare stabile a lungo termine di CO ₂ ghiaccio che, a sua volta, controllerà la pressione atmosferica globale.

Un nuovo studio del Caltech suggerisce che la teoria, sviluppato dal fisico Robert B. Leighton (BS '41, SM '44, dottorato di ricerca '47) e lo scienziato planetario Bruce C. Murray, potrebbe effettivamente essere corretto.

L'anidride carbonica costituisce oltre il 95% dell'atmosfera di Marte, che ha una pressione superficiale di solo lo 0,6 percento di quella terrestre. Una previsione della teoria di Leighton e Murray, con enormi implicazioni per il cambiamento climatico su Marte, è che la sua pressione atmosferica cambierebbe di valore quando il pianeta oscilla sul suo asse durante la sua orbita intorno al sole, esponendo i poli a più o meno luce solare. Luce solare diretta sulla CO ₂ il ghiaccio depositato ai poli porta alla sua sublimazione (il passaggio diretto di un materiale da uno stato solido a uno gassoso). Leighton e Murray lo avevano predetto, come l'esposizione alla luce solare si sposta, la pressione atmosferica potrebbe oscillare da appena un quarto di quella dell'atmosfera marziana di oggi a due volte quella di oggi in cicli di decine di migliaia di anni.

Ora, un nuovo modello di Peter Buhler, dottorato di ricerca di JPL, che Caltech gestisce per la NASA, e colleghi di Caltech, JPL, e l'Università del Colorado, fornisce prove chiave a sostegno di ciò. Il modello è stato descritto in un articolo pubblicato sulla rivista Astronomia della natura il 23 dicembre.

Il team ha esplorato l'esistenza di una caratteristica misteriosa al polo sud di Marte:un enorme deposito di CO ₂ ghiaccio e ghiaccio d'acqua in strati alternati, come gli strati di una torta, che si estendono fino a 1 chilometro di profondità, con una sottile glassa di CO ₂ ghiaccio in alto. Il deposito della torta a strati contiene la stessa quantità di CO ₂ come in tutta l'atmosfera marziana di oggi.

In teoria, che la stratificazione non dovrebbe essere possibile perché il ghiaccio d'acqua è più stabile termicamente e più scuro della CO ₂ Ghiaccio; CO ₂ Ghiaccio, gli scienziati hanno creduto a lungo, si destabilizzerebbe rapidamente se fosse sepolto sotto il ghiaccio d'acqua. Però, il nuovo modello di Buhler e colleghi mostra che il deposito potrebbe essersi evoluto come risultato della combinazione di tre fattori:1) il cambiamento dell'obliquità (o inclinazione) della rotazione del pianeta, 2) la differenza nel modo in cui acqua ghiacciata e CO ₂ il ghiaccio riflette la luce del sole, e 3) l'aumento della pressione atmosferica che si verifica quando la CO ₂ sublima il ghiaccio.

"Generalmente, quando esegui un modello, non ti aspetti che i risultati corrispondano così tanto a ciò che osservi. Ma lo spessore degli strati, come determinato dal modello, si abbina perfettamente alle misurazioni radar dei satelliti in orbita, "dice Buhler.

Ecco come si è formato il deposito, i ricercatori suggeriscono:mentre Marte ha oscillato sul suo asse di rotazione negli ultimi 510, 000 anni, il polo sud ha ricevuto quantità variabili di luce solare, permettendo CO ₂ il ghiaccio si formava quando i poli ricevevano meno luce solare e lo faceva sublimare quando i poli erano più soleggiati. Quando CO ₂ ghiaccio formato, piccole quantità di ghiaccio d'acqua sono state intrappolate insieme alla CO ₂ Ghiaccio. Quando la CO ₂ sublimata, il ghiaccio d'acqua più stabile è stato lasciato indietro e consolidato in strati.

Ma gli strati d'acqua non sigillano completamente il deposito. Anziché, la CO . sublimatrice ₂ aumenta la pressione atmosferica di Marte, e la torta a strati con CO ₂ il ghiaccio si evolve in equilibrio con l'atmosfera. Quando la luce del sole ricomincia a calare, una nuova CO ₂ si forma uno strato di ghiaccio sopra lo strato d'acqua, e il ciclo si ripete.

Poiché gli episodi di sublimazione sono generalmente diminuiti di intensità, un po' di CO ₂ il ghiaccio è stato lasciato indietro tra gli strati d'acqua, quindi, l'alternanza di CO ₂ e ghiaccio d'acqua. La CO . più profonda (e quindi più antica) ₂ strato formato 510, 000 anni fa, dopo l'ultimo periodo di estrema luce solare polare, quando tutta la CO ₂ sublimata nell'atmosfera.

"La nostra determinazione della storia delle grandi oscillazioni di pressione di Marte è fondamentale per comprendere l'evoluzione del clima di Marte, compresa la storia della stabilità e dell'abitabilità dell'acqua liquida vicino alla superficie di Marte, " dice Buhler. Questo lavoro faceva parte del lavoro di tesi di Buhler al Caltech. Ha continuato la ricerca nel suo attuale ruolo di ricercatore post-dottorato al JPL. I suoi coautori sono i suoi ex consiglieri Andy Ingersoll e Bethany Ehlmann, entrambi professori di scienze planetarie al Caltech; Sylvain Piqueux del JPL; e Paul Hayne dell'Università del Colorado, Masso.

Lo studio è intitolato "Coevoluzione dell'atmosfera di Marte e massiccia CO . polare sud ₂ deposito di ghiaccio." Questa ricerca è stata finanziata dalla NASA.