Över hela Mars yta finns det bevarade egenskaper som berättar historien om hur Mars en gång såg ut. Dessa inkluderar kanaler som ristades av strömmande vatten, deltafläktar där vatten avsatte sediment över tiden och sjöbäddar där lera och hydratiserade mineraler finns. Förutom att berätta mer om Mars förflutna, kan studiet av dessa egenskaper berätta för oss om hur Mars gjorde övergången till vad den är idag.
Enligt ny forskning ledd av Brown Ph.D. student Ben Boatwright, en icke namngiven Mars-krater i Mars södra högland visade egenskaper som indikerar närvaron av vatten, men det finns ingen indikation på hur den kom dit. Tillsammans med Brown-professorn Jim Head (hans rådgivare) drog de slutsatsen att kraterns egenskaper sannolikt är resultatet av avrinning från en Mars-glaciär som en gång ockuperade området.
Kratern de undersökte ligger i Mars södra högland, mäter 54 km (33,5 mi) i diameter och dateras till Noachian era på Mars (ca. 4,1 till 3,7 miljarder år sedan). Baserat på bilder tagna av NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), Boatwright och Prof. Head kartlade kraterns golv och hittade egenskaper som är omisskännliga indikationer på att bäckbäddar och dammar en gång fanns där.
Upphöjda åsar som snurrade över golvet i en krater på Mars skapades sannolikt av avrinning från en sedan länge förlorad glaciär som en gång draperade planetens södra högland. Kredit: NASA
Men denna krater visade inte heller några tecken på inloppskanaler där vatten kunde ha runnit in i kratern och inga tecken på grundvattenaktivitet där det kunde ha trängt upp underifrån. Som Boatwright sa i en nyligen genomförd Brown University pressmeddelande :
'Detta är en tidigare okänd typ av hydrologiskt system på Mars. I sjösystem som hittills karakteriserats ser vi tecken på att dränering kommer utifrån kratern, bryter mot kraterväggen och i vissa fall rinner ut på andra sidan. Men det är inte vad som händer här. Allt händer inuti kratern, och det är väldigt annorlunda än vad som har karaktäriserats tidigare.'
Funktionerna är kända som inverterade fluvkanaler, som bildas när vatten rinner över steniga ytor och lämnar grovkornigt sediment inuti kanalen som det hugger. När dessa sediment interagerar med vatten kan de bilda mineraler som är hårdare än den omgivande bergarten. Efter eoner av erosion har slitit ner dessa stenar, kommer de mineraliserade kanalerna att förbli som upphöjda och förgrenade åsar.
För att avgöra hur vattnet kunde ha kommit dit började Boatwright och Head med att utesluta grundvattensystem eftersom kratern saknade de avslöjade kanalerna som bildas i deras närvaro. Dessa egenskaper uppträder i allmänhet som korta, stubbiga kanaler som inte har några bifloder, som skiljer sig starkt från de täta, förgrenade nätverk av inverterade kanaler de observerade.
En topografisk karta visar de upphöjda åsarna (mörkgula) och låglänta områden där vatten dammar (vitt). Kredit: NASA/Boatwright et al./Brown University
De noterade också närvaron av en distinkt uppsättning åsar som vetter uppåt mot kraterväggen, som har en slående likhet med åsar på jorden som bildades vid kanterna av glaciärer. Med dessa observationer kombinerade drog de slutsatsen att kraterns inverterade kanaler skapades av ett glaciärmatat system som långsamt avsatte sediment och mineraler över tiden.
Förutom att vara det första i sitt slag som upptäckts, kan detta nya hydrologiska system också ge viktiga ledtrådar om Mars tidiga klimat. Forskare har under en tid vetat att Mars en gång var tillräckligt varm för att stödja flytande vatten på ytan. Det är dock fortfarande oklart om klimatet var tillräckligt milt för att detta vatten skulle rinna kontinuerligt, eller om det mestadels var glacialt med intermittenta smältperioder.
Tidigare har forskare genomfört klimatsimuleringar som tyder på att tidiga Mars upplevde temperaturer som sällan nådde en topp över fryspunkten. Det har dock funnits få geologiska bevis för att stödja dessa modeller. Som Boatwright förklarade, kan dessa nya bevis på forntida egenskaper som är förknippade med glacial avrinning ändra på det.
'Det kalla och isiga scenariot har till stor del varit teoretiskt - något som härrör från klimatmodeller. Men bevisen för glaciation vi ser här hjälper till att överbrygga gapet mellan teori och observation, sa han. 'Jag tror att det verkligen är den stora takeaway här.'
Forskarna kartlade var vatten rann och dammade i kraterbotten. Kredit: Boatwright et al./Brown University
'Vi har de här modellerna som talar om för oss att tidiga Mars skulle ha varit kall och isig, och nu har vi några riktigt övertygande geologiska bevis för det,' tillade Head. 'Inte bara det, utan den här kratern ger de kriterier vi behöver för att börja leta efter ännu mer bevis för att testa denna hypotes, vilket är riktigt spännande.'
Vad som är ännu mer spännande är att denna krater inte är ett unikt fynd. Under 52ndLunar and Planetary Science Conference (som ägde rum online från den 15 marsth–19th), Boatwright presenteras efterföljande forskning som har avslöjat mer än 40 andra kratrar som verkar ha liknande egenskaper. Deras tidigare forskning publicerades i en artikel som publicerades den 12 marsthfrågan om The Planetary Science Journal .
Vidare läsning: Brown University , The Planetary Science Journal