S využitím stereoskopických map získaných zpracováním údajů z kamery s vysokým rozlišením na palubě Mars Reconnaissance Orbiter společnosti NASA vědci z Caltechu, pod vedením postgraduálního studenta Kevina Lewise a docenta planetárních věd Odeda Aharonsona, spolu s profesorem geologie Johnem Grotzingerem, určili a změřili neočekávaně rozvrstvené horniny ve čtyřech kráterech v oblasti Arabia Terra na Marsu. Rozdělení do různě silných vrstev se objevuje v rozsahu od pár metrů do deseti metrů, ale v každé lokalitě mají všechny vrstvy podobnou tloušťku a vykazují podobné vlastnosti.
Na základě struktury vrstev měřené na stanovišti známém jako Becquerelův kráter vědci navrhli teorii, že každá vrstva byla tvořena v období kolem statisíce let a že tyto vrstvy byly vytvořeny stejnými cyklickými klimatickými změnami.
Krom toho, každých deset vrstev bylo spojeno do velkých celků, které byly ukládány v období přibližně jednoho miliónu let; v Becquerelově kráteru se tyto desetivrstvé struktury opakovaly minimálně desetkrát. Tento „miliónový“ cyklus odpovídá známým modelům změn sklonu osy Marsu, způsobených dynamikou těles sluneční soustavy.
„Díky celé škále vrstev jsou změny sklonu osy a malé odchylky v oběžné dráze Marsu těmi nejlepšími kandidáty na původce předpokládaných klimatických změn. Jsou to podobné změny jako ty, u kterých bylo prokázáno, že spouštěly ledové doby na Zemi. Stejné změny mohly vést i k cyklickému ukládání usazenin na Marsu,“ řekl Lewis, hlavní autor dokumentu publikovaného v Science.
Sklon zemské osy se pohybuje mezi 22,1 až 24,5 stupni během období 41 tisíc let. Sklon sám o sobě je zodpovědný za sezónní změny klimatu, protože ta část Země, která je nakloněná ke Slunci – a tak získává více slunečního svitu během dne – se postupně mění během roku. Během fází nižšího sklonu jsou polární oblasti méně vystaveny sezónním změnám vedoucím k obdobím zalednění.
Sklon osy Marsu se pohybuje o desítky stupňů v cyklu statisíců let, což vytváří mnohem dramatičtější změny. Když je sklon malý, jsou póly nejchladnějším místem této planety, zatímco Slunce se nachází poblíž rovníku po celou dobu. To by mohlo způsobovat, že některé součásti atmosféry, jako například voda a oxid uhličitý, se přesunují k pólům, kde jsou zadrženy ve formě ledu.
Když je sklon osy větší, tak póly dostanou relativně více slunečního záření a „nestabilní“ sloučeniny, jako je led a oxid uhličitý, by se mohly přesouvat pryč z těchto oblastí. „To ovlivňuje zásoby těchto látek. Když se přesune oxid uhličitý pryč z pólů, tak se atmosférický tlak zvýší, což by mohlo způsobit odlišnou schopnost větru přesouvat a ukládat písek,“ říká Aharonson. „To je jeden z vlivů, který by mohl způsobit rozdíly v ukládání vrstev, jako jsou ty, co byly pozorovány v těchto čtyřech kráterech.“
Jiným výsledkem měnícího se sklonu osy by byla změna ve stabilitě povrchové vody, která mění schopnost pískových zrn slepovat se a spojovat se k vytvoření vrstev hornin.
„Nicméně, tak velké změny klimatu by ovlivnily celou škálu geologických procesů na povrchu Marsu. I když vědci nemohou spojit pravidelné ukládání vrstev na Marsu s žádným konkrétním geologickým procesem, tak síla naší studie je v tom, že jsme navrhli tento závěr, aniž bychom byli nuceni přesně specifikovat celý proces vytváření nánosů hornin,“ říká Aharonson.
„Tato studie nám poskytuje důkazy toho, jak dávné klima na Marsu fungovalo, a ukazuje se být mnohem předvídatelnějším a „obyčejnějším“ prostředím, než jsme odhadovali z jiných geologických událostí, jako jsou katastrofické záplavy, vulkanické erupce a případně nárazy vesmírných těles,“ dodává Lewis. „Více práce bude potřeba k tomu, abychom pochopili celý rozsah informací obsažených v těchto přirozených geologických archivech.“
„Jednou ze zábavných věcí v tomto projektu pro mě bylo, že jsme byli schopní použít na Marsu techniky, které jsou základem studií stratigrafie na Zemi,“ říká Aharonson. „Strčili jsme kameru s vysokým rozlišením na oběžnou dráhu Marsu a stereo zpracování pro geologický Bruntonův kompas a to všechno jsme promítli na mapu, a tak jsme byli schopní získat stejné informace a vytvořit závěry, které jsou podobné těm, jež získáváme na Zemi.“