Em 1966, dois cientistas da Caltech estavam ruminando sobre as implicações do fino dióxido de carbono (CO ₂ ) Atmosfera marciana revelada pela primeira vez pelo Mariner IV, uma nave espacial da NASA construída e pilotada pelo JPL. Eles teorizaram que Marte, com tal atmosfera, poderia ter um depósito polar estável de CO de longo prazo ₂ gelo que, por sua vez, controlaria a pressão atmosférica global.

Um novo estudo da Caltech sugere que a teoria, desenvolvido pelo físico Robert B. Leighton (BS '41, MS '44, Ph.D. '47) e o cientista planetário Bruce C. Murray, pode de fato estar correto.

O dióxido de carbono constitui mais de 95 por cento da atmosfera de Marte, que tem uma pressão superficial de apenas 0,6 por cento da da Terra. Uma previsão da teoria de Leighton e Murray - com enormes implicações para as mudanças climáticas em Marte - é que sua pressão atmosférica oscilaria em valor à medida que o planeta oscilasse em seu eixo durante sua órbita ao redor do sol, expondo os pólos a mais ou menos luz solar. Luz solar direta no CO ₂ o gelo depositado nos pólos leva à sua sublimação (a transição direta de um material do estado sólido para o gasoso). Leighton e Murray previram que, conforme a exposição à luz do sol muda, a pressão atmosférica poderia oscilar de apenas um quarto da atual atmosfera marciana para o dobro da atual em ciclos de dezenas de milhares de anos.

Agora, um novo modelo de Peter Buhler, Ph.D. do JPL, que Caltech gerencia para a NASA, e colegas da Caltech, JPL, e a Universidade do Colorado, fornece evidências importantes para apoiar isso. O modelo foi descrito em artigo publicado na revista. Astronomia da Natureza em 23 de dezembro.

A equipe explorou a existência de uma característica misteriosa no pólo sul de Marte:um enorme depósito de CO ₂ gelo e gelo de água em estratos alternados, como as camadas de um bolo, que se estendem a uma profundidade de 1 quilômetro, com uma fina camada de CO ₂ gelo no topo. O depósito do bolo de camadas contém tanto CO ₂ como em toda a atmosfera marciana hoje.

Em teoria, essa estratificação não deve ser possível porque o gelo de água é mais estável termicamente e mais escuro do que o CO ₂ gelo; CO ₂ gelo, cientistas acreditaram por muito tempo, se desestabilizaria rapidamente se fosse enterrado sob o gelo da água. Contudo, o novo modelo de Bühler e colegas mostra que o depósito poderia ter evoluído como resultado da combinação de três fatores:1) a alteração da obliquidade (ou inclinação) da rotação do planeta, 2) a diferença na forma como o gelo de água e CO ₂ o gelo reflete a luz do sol, e 3) o aumento da pressão atmosférica que ocorre quando o CO ₂ sublimes de gelo.

"Usualmente, quando você executa um modelo, você não espera que os resultados correspondam tanto ao que você observa. Mas a espessura das camadas, conforme determinado pelo modelo, combina perfeitamente com medições de radar de satélites em órbita, "diz Bühler.

Veja como o depósito se formou, os pesquisadores sugerem:enquanto Marte oscilava em seu eixo de rotação nos últimos 510, 000 anos, o pólo sul recebeu quantidades variáveis ​​de luz solar, permitindo CO ₂ gelo se formava quando os pólos recebiam menos luz do sol e fazia com que se sublimasse quando os pólos estivessem mais ensolarados. Quando CO ₂ gelo formado, pequenas quantidades de gelo de água foram presas junto com o CO ₂ gelo. Quando o CO ₂ sublimado, o gelo de água mais estável foi deixado para trás e consolidado em camadas.

Mas as camadas de água não selam totalmente o depósito. Em vez de, o subliming CO ₂ aumenta a pressão atmosférica de Marte, e o bolo de camadas com CO ₂ o gelo evolui em equilíbrio com a atmosfera. Quando a luz do sol começa a diminuir novamente, um novo CO ₂ camada de gelo se forma no topo da camada de água, e o ciclo se repete.

Como os episódios de sublimação geralmente diminuem de intensidade, algum CO ₂ gelo foi deixado para trás entre as camadas de água - portanto, a alternância de CO ₂ e gelo de água. O CO mais profundo (e, portanto, mais antigo) ₂ camada formada 510, 000 anos atrás, após o último período de extrema luz solar polar, quando todo o CO ₂ sublimado na atmosfera.

"Nossa determinação da história das grandes oscilações de pressão de Marte é fundamental para compreender a evolução do clima de Marte, incluindo a história da estabilidade da água líquida e habitabilidade perto da superfície de Marte, "Diz Bühler. Este trabalho fez parte do trabalho de tese de Bühler na Caltech. Ele continuou a pesquisa em sua função atual como pesquisador de pós-doutorado no JPL. Seus co-autores são seus ex-conselheiros Andy Ingersoll e Bethany Ehlmann, ambos professores de ciências planetárias na Caltech; Sylvain Piqueux do JPL; e Paul Hayne da Universidade do Colorado, Pedregulho.

O estudo é intitulado "Coevolução da atmosfera de Marte e o maciço CO do pólo sul ₂ depósito de gelo. "Esta pesquisa foi financiada pela NASA.