На северном и южном полюсах Марса лежат толстые пласты пыли и водяного льда, образующие плоские ледяные шапки. Они называются Planum Boreum (северная) и Planum Australe (южная).
Обе они образовались, подобно страницам книги, в ходе бесчисленных циклов изменения климата.
Ученые надеются прочитать эту книгу истории климата Марса, используя слои атмосферы. Насколько далеко в прошлое простираются эти данные? Временная шкала зависит от того, какой полярный объект изучается: некоторые появляются и исчезают всего за один марсианский год (1,9 земных года), в то время как другие существуют, возможно, миллиард лет.
Лед накапливается в полярных регионах, потому что ось вращения Марса наклонена примерно на 25° относительно его орбиты вокруг Солнца. Это обуславливает четыре отчетливых сезона на Марсе, подобных земным. Но полярные зимы на Марсе намного холоднее (–153° Цельсия или –243° Фаренгейта), чем самые холодные зимы на Земле.
На Марсе становится достаточно холодно, чтобы углекислый газ (CO2) конденсировался непосредственно из атмосферы в виде снега или инея. По мере понижения температуры в течение осени над каждым полярным регионом образуются облака. Они сливаются в плотный покров из облаков водяного льда и облаков льда CO2. Снег и иней, выпадающие из этих облаков, покрывают большую часть полярного региона, образуя широкую сезонную ледяную шапку.
С наступлением весны ледяная шапка из CO2 сублимируется — переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное — по мере повышения температуры выше –130°C (–202°F). Каждый год около 25 процентов марсианской атмосферы проходит через эти сезонные ледяные шапки.
Обе полярные шапки состоят из одних и тех же (или похожих) четырех геологических единиц, расположенных подобно блинам. Эти два полярных региона отличаются в деталях, но вот что у них общего.
Верхний слой представляет собой сезонную ледяную шапку, состоящую из льда, образованного углекислым газом (CO2). Она формируется каждую марсианскую осень и зиму и исчезает, когда весна переходит в лето. Под ней находится остаточная ледяная шапка из водяного льда, которая сохраняет стабильные размеры по меньшей мере на протяжении сотен лет.
Под остаточным ледяным покровом находятся полярные слоистые отложения , составляющие большую часть объема полярных шапок. Слоистые отложения образованы тысячами тонких слоев водяного льда, смешанных с пылью, выпавшей из атмосферы. Ученые могут наблюдать повторяющиеся узоры в этих слоях. Они предполагают, что эти слои являются результатом изменений климата на протяжении сотен тысяч лет или даже дольше.
В основании полярных ледяных шапок находятся так называемые базальные слои (на севере) и формация Дорса-Аргентеа (на юге). Оба слоя, по-видимому, состоят из рыхлых материалов (песка и пыли), склеенных между собой водяным льдом. Их возраст может составлять миллиард лет.
На каждой полярной шапке происходят одни и те же процессы, сменяющие местные сезоны. Однако северный и южный полярные регионы различаются в деталях, как и их соответствующие ледяные шапки.
