Astronomer forklarer Mars’ vannaktige refleksjoner

Det er vann mange steder på Mars, inkludert de fleste av begge polare iskapper – alt i frossen form.

Men nylig ble lyse refleksjoner oppdaget under overflaten av Mars’ South Pole Layered Deposit (SPLD), en 1,4 kilometer tykk formasjon av relativt ren vannis, av European Space Agencys Mars Express orbiter. Noen forskere tolket observasjonene, samlet inn av MARSIS-instrumentet (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding), som bevis på flytende vann.

Dan Lalich, forskningsmedarbeider ved Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science i College of Arts and Sciences (A&S), sa at selv om en slik mulighet er spennende, hevder han og andre Cornell-forskere at de sterke refleksjonene ikke nødvendigvis er bevis på at SPLD inneholder flytende vann.

De har kommet med en alternativ forklaring, som de beskriver i «Explaining Bright Radar Reflections Below the South Pole of Mars Without Liquid Water» publisert 26. september i Natur astronomi.

Ved hjelp av datasimuleringerdemonstrerer de at lignende sterke refleksjoner kan genereres ved interferens mellom geologiske laguten flytende vann eller andre sjeldne materialer.

“Dette resultatet, kombinert med annet nylig arbeid, setter spørsmålstegn ved sannsynligheten for å finne flytende vann under SPLD,” skrev forskerteamet, som inkluderer Alexander Hayes, førsteamanuensis i astronomi, direktør for CCAPS, direktør for Spacecraft Planetary Image Facility og Louis Salvatore ’92 Fakultetets lederskapsstipendiat; og Valerio Poggiali, CCAPS forskningsassistent.

“På jorden er så lyse refleksjoner ofte en indikasjon på flytende vann, til og med nedgravde innsjøer som Lake Vostok [under the surface of the East Antarctic Ice Sheet],” sa Lalich. “Men på Mars var den rådende oppfatningen at det burde være for kaldt til at lignende innsjøer kunne dannes.”

Men faktum gjenstår, sa Lalich, at den lyse refleksjonen eksisterer og krever en forklaring.

Lalich bruker radardata for å studere planetariske overflater, og han er spesielt interessert i den nylige klimautviklingen til Mars. Han har nylig fokusert på å modellere radarrefleksjoner fra Mars-polarhettene, og posisjonerer ham godt for å undersøke en påstand om flytende vann på planeten.

Lalich brukte en endimensjonal modelleringsprosedyre som vanligvis brukes til å tolke MARSIS-observasjoner. Han laget simuleringer med lag sammensatt av fire materialer – atmosfære, vannis, karbondioksid (CO₂) is og basalt – og tildelte hvert lag en tilsvarende permittivitet, en iboende egenskap til materialet som beskriver dets interaksjon med elektromagnetisk stråling som passerer gjennom det.

Simuleringer med tre lag – to CO₂ lag, atskilt av et lag med støvete is – produserte refleksjoner like lyse som de faktiske observasjonene.

“Jeg brukte CO₂ lag innebygd i vannisen fordi vi vet at den allerede eksisterer i store mengder nær overflaten av iskappen,” sa Lalich. “I prinsippet kunne jeg imidlertid ha brukt steinlag eller til og med spesielt støvete vannis, og jeg ville ha fått lignende resultater. Poenget med denne artikkelen er egentlig at sammensetningen av basallagene er mindre viktig enn lagtykkelsene og separasjonene.”

Fra modellene fastslo forskerne at tykkelsen på lagene og hvor langt fra hverandre de er har større innvirkning på refleksjonskraften enn sammensetningen av lagene. Selv om ingen enkelt forenklet stratigrafi i papiret kan forklare hver observasjon, skrev forskerne, “vi har vist at det er mulig å lage lyse refleksjoner uten flytende vann.”

I 2021 bidro Lalich til forskning som fant at under de rette forholdene kunne en klasse mineraler kalt smektitter, vanlig på Mars, produsere en refleksjon som ligner den som ble observert fra MARSIS.

Det er viktig å finne ut hva som ikke er flytende vann på Mars, sa Lalich, fordi innsatsen er så høy. “Hvis det er flytende vann,” sa han, “kanskje det er liv, eller kanskje vi kan bruke det til fremtidige menneskelige oppdrag til Mars.”

Flytende vann kan også ha viktige implikasjoner for polarhettens alder, den interne oppvarmingen av Mars og hvordan planetens klima har utviklet seg i geologisk nær fortid – og Lalich utelukker det ikke helt.

“Ingen av arbeidet vi har gjort motbeviser den mulige eksistensen av flytende vann der nede,” sa Lalich. “Vi tror bare at interferenshypotesen er mer konsistent med andre observasjoner. Jeg er ikke sikker på at noe mindre enn en øvelse kan bevise at begge sider av denne debatten definitivt er rett eller galt.”

---

---