Formen på den två mil höga Texasstorlekens iskapp på norra polen av Mars har förundrat forskare i fyrtio år, men nya resultat som kommer att publiceras i ett par tidningar i tidskriften Nature den 27 maj har gjort kontroversen för resten.
De polära mössorna på Mars har varit kända sedan de första teleskopiska utsikterna av planeten, men tidiga rymdskeppsbilder avslöjade att det nordpolska locket får poäng av gåtfulla tråg som spiral ut från dess centrum, såväl som en större klyftor än Grand Canyon. Ursprunget för dessa funktioner har diskuterats sedan de först upptäcktes 1972.
En hypotes för att förklara den jättekanjonen, kallad Chasma Boreale, är att vulkanisk värme smälte isen och orsakade en katastrofisk översvämning som bildade klyftan. Andra forskare har föreslagit att vind som sveper nedåt från toppen av locket huggen Chasma Boreale från isen.
Flera förklaringar har också föreslagits för spiraltrågen. En förklarar trågen som sprickor orsakade av isflödet från polen. En annan använder en modell för att föreslå att rännorna är det naturliga resultatet av solvärme och lateral värmeledning i isen.
De två nya artiklarna, ledda av Jack Holt och Isaac Smith från University of Texas vid Austin's Institute for Geophysics, använde data från Shallow Subsurface Radar (SHARAD) om Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) för att studera den inre strukturen på iskappen och upptäck ursprunget till rännorna och klyftan.
"SHARAD skickar pulser av radiovågor från omloppsbana, 700 gånger per sekund," förklarade Holt. ”En del energi reflekteras från ytan och sedan från gränssnitt under jord om det mellanliggande materialet låter radiovågorna tränga igenom. Radar på denna våglängd (cirka 20 meter) penetrerar is mycket bra, och den har använts från flygplan på jorden för att kartlägga stora delar av jordens isark. "
”Genom att sammanföra alla reflektioner kan man skapa en bild av det som ligger under
ytan, ”tilllade Smith.
Holt förklarade att förmågan att kartlägga inte bara ytfunktionerna utan också den inre strukturen på iskåpan "öppnar dörren för att bättre förstå vad vi ser på ytan genom att tillhandahålla kritiskt sammanhang i tid."
Genom att kartlägga den tredimensionella strukturen för den nordpolära iskappen har Smith och Holt fastställt att både rännorna och Chasma Boreale bildades av katabatiska vindar, som blåser ner från toppen av islocket.
"Vi säger inte att de var snidade av vind utan att vind hade en stark roll i deras bildning och utveckling." Holt sa. "Chasma Boreale är en gammal funktion som kvarstod eftersom ny is inte samlades där, troligtvis på grund av ihållande vindar som kommer från den högsta punkten på islocket."
Holt upptäckte också bevis för en annan gammal kanjon som helt har fyllts i över tid. "Det finns inga bevis kvar på ytan som tyder på att det fanns där tidigare," sade Holt. "Vi kan dock kartlägga den i radardata."
Spiraltrogarna styrs också av vinden. "Radarlagren vi ser visar bevis för vindtransporter eftersom de varierar i tjocklek och höjd [över tråg]," förklarade Smith, huvudförfattare till trågpapperet. "Vinden rör sig över tråget istället för genom det [och] flyttar is från vindvindssidan (därmed tunnas de skiktet) till vindvindssidan (lägger mer till det befintliga lagret)."
Detta får spiraltrågen att migrera motvind över tid, ett fenomen som först föreslogs av Alan Howard, forskare vid University of Virginia, 1982. "Många föreslog andra hypoteser som tyder på att han hade fel," sa Smith. ”Men när man tittar på ett hypotetiskt tvärsnitt från hans papper ser det nästan exakt ut som vi ser i radardata. Vi blev förvånade över hur exakt Alan Howard förutspådde vad vi skulle göra
ser."
Rännorna är spiralformade på grund av planetens rotation. När de katabatiska vindarna blåser från mitten av locket ner till lägre breddegrader, vrids de av samma "coriolis kraft" som får orkaner att spiral på jorden.
De lager som Holt och Smith kartlade med radardata antyder också att isflöden är mycket sällsyntare på Mars än på jorden. Bristen på flöden gör att polarisen på Mars bevarar mer komplexa lager än väntat. "Denna komplexitet ger mycket specifika begränsningar för de klimatprocesser som är ansvariga för [lagren]," sade Holt. "Vi kommer så småningom att kunna rekonstruera vindar och ackumuleringsmönster över polarhuven och genom tiden."
Holt planerar att använda de forntida polära landskapen som härleds från SHARAD-data tillsammans med simuleringar av det martiska klimatet för att modellera bildningen av det polära locket. "Om vi kan återskapa de viktigaste funktionerna som Chasma Boreale [i modellerna], kommer vi att ha lärt oss mycket om klimatet på Mars under den perioden."
Smith och Holt planerar också att studera effekten av Mars lutning på bildningen av ishatt. ”Eftersom Mars: s bana och lutningen förändras så mycket med avseende på solen, skulle det vara trevligt att se hur det har påverkat avsättningen av is på locket. Detta kräver mycket mer kartläggning, och vi har redan börjat den processen, ”sa Smith.
"Det finns fortfarande mycket forskning att göra på Mars," sa Smith. "Planeten har många mysterier, av vilka vi inte ens hittat ännu."
