Även om Mars yta är en torr, uttorkad och bittert kall plats idag, tror man starkt att planeten en gång hade floder, bäckar, sjöar och strömmande vatten på sin yta. Tack vare en kombination av rymdfarkostbilder, fjärranalystekniker och ytundersökningar från landare och rovers, har gott om bevis samlats för att stödja denna teori.
Det är dock svårt att förena denna syn med de senaste klimatmodellerna av Mars som tyder på att det borde ha varit en evig kall och isig plats. Men enligt en ny studie kan närvaron av varmt, strömmande vatten ha varit en episodisk händelse, något som hände i decennier eller århundraden när planeten värmdes upp tillräckligt av vulkanutbrott och växthusgaser.
Studien, som utfördes av forskare från Brown University och Israels Weizmann Institute of Science, tyder på att värme och vattenflöde på forntida Mars förmodligen var episodiskt, relaterat till korta perioder av vulkanisk aktivitet som spydde ut massor av växthusframkallande svaveldioxidgas in i atmosfär.
Arbetet kombinerar effekten av vulkanism med de senaste klimatmodellerna från tidiga Mars och antyder att perioder med temperaturer som är tillräckligt varma för att vattnet ska kunna rinna sannolikt bara varade i tiotals eller hundratals år åt gången.
Föreställningen att Mars hade ytvatten föregår rymdåldern med århundraden. Långt innan Percival Lowell observerade vad han trodde var 'kanaler' på Mars yta 1877, observerades polarisarna och mörka fläckar på ytan av astronomer som trodde att de var tecken på flytande vatten.
Nyfikenhet hittade bevis på en gammal, strömmande bäck på Mars på några platser, inklusive 'Hottah'-klippan på bilden här. Kredit: NASA/JPL
Men med allt som har lärts om Mars de senaste åren har mysteriet med planetens gamla vatten bara fördjupats. Den senaste generationen klimatmodeller för tidiga Mars tyder på att atmosfären var för tunn för att värma planeten tillräckligt för att vattnet skulle flöda. För miljarder år sedan var solen också mycket svagare än den är idag, vilket ytterligare komplicerar denna bild av en varmare tidig Mars.
'Dessa nya klimatmodeller som förutsäger en kall och istäckt värld har varit svåra att förena med de rikliga bevisen på att vatten strömmade över ytan för att bilda bäckar och sjöar', säger James W. Head, professor i jord-, miljö- och planetvetenskap. vid Brown University och medförfattare till den nya artikeln med Weizmanns Itay Halevy. 'Denna nya analys ger en mekanism för episodiska perioder av uppvärmning och smältning av snö och is som var och en kunde ha varat i årtionden till århundraden.'
Halevy och Head utforskade idén att uppvärmning kan ha varit kopplad till periodisk vulkanism. Många av de geologiska egenskaperna som tyder på att vatten flödade på Mars yta har daterats till 3,7 miljarder år sedan, en tid då massiva vulkaner tros ha varit aktiva.
Och medan utbredd vulkanism på jorden ofta har lett till global dämpning snarare än uppvärmning – på grund av svavelsyrapartiklar som reflekterar solens strålar – tror Head och Halevy att effekterna kan ha varit annorlunda i Mars dammiga atmosfär.
För att testa denna teori skapade de en modell av hur svavelsyra kan reagera med det utbredda dammet i Mars atmosfär. Arbetet tyder på att dessa svavelsyrapartiklar skulle ha glödgat på dammpartiklar och minskat deras förmåga att reflektera solens strålar. Samtidigt skulle svaveldioxidgas ha producerat tillräckligt med växthuseffekt för att värma ekvatorialområdet på Mars så att vatten kunde rinna.
Bild av McMurdo Dry Valleys, Antarktis, förvärvad av Landsat 7:s Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+) instrument. Kredit: NASA/EO
Head har gjort fältarbete i flera år i Antarktis och tror att klimatet på Mars tidigt kan ha varit väldigt likt det han har observerat i den kalla, ökenliknande.
'Den genomsnittliga årliga temperaturen i Antarktis torra dalar är långt under fryspunkten, men topptemperaturer under sommardagarna kan överstiga smältpunkten för vattnet och bilda övergående strömmar som sedan fryser om,' sa Head. 'På liknande sätt finner vi att vulkanism kan föra temperaturen på Mars tidiga över smältpunkten i årtionden till århundraden, vilket orsakar episodiska perioder av bäckar och sjöar.'
När den tidiga aktiva vulkanismen på Mars upphörde, upphörde också möjligheten för varmare temperaturer och rinnande vatten.
Enligt Head kan denna teori också hjälpa till i det pågående sökandet efter tecken på att Mars en gång var värd för liv. Om det någonsin funnits kan denna nya forskning ge ledtrådar om var de fossiliserade resterna hamnade.
'Livet i Antarktis, i form av algmattor, är mycket motståndskraftigt mot extremt kalla och torra förhållanden och väntar helt enkelt på att den episodiska infusionen av vatten ska 'blomma' och utvecklas', sa han. 'Därför kan de gamla och för närvarande torra och karga flod- och sjögolven på Mars hysa resterna av liknande primitivt liv, om det någonsin inträffade på Mars.'
Forskningen publicerades i Naturgeovetenskap.
Vidare läsning: Brown University