Gdzie zniknęła woda na Marsie?
Woda była kiedyś obecna na Marsie, świadczą o tym cechy geologiczne jego powierzchni. Naukowcy wiedzą, że przynajmniej część z niej zniknęła głęboko pod ziemią w ciągu ostatnich 3 miliardów lat, ale co stało się z resztą?
Naukowcy z NASA przeprowadzają misje Hubble Space Telescope i MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) by rozwikłać rozwikłać tę tajemnicę.
„Są tylko dwa miejsca, do których mogła trafić woda. Mogła zamarznąć na powierzchni lub jej cząsteczki mogły rozpaść się na atomy, a te uciekły z górnej atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Aby zrozumieć, ile było wody i co się z nią stało, musimy zrozumieć, w jaki sposób atomy uciekają w przestrzeń kosmiczną” – wyjaśnia John Clarke z Boston University in Massachusetts.
Astronomowie połączyli dane z Hubble’a i MAVEN, aby zmierzyć liczbę i aktualną prędkość ucieczki atomów wodoru w przestrzeń kosmiczną. Informacje te pozwoliły im ustalić szybkość ucieczki wstecz w czasie, aby zrozumieć historię wody na czerwonej planecie. Ich badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Cząsteczki wody w marsjańskiej atmosferze, zdaniem badaczy, są rozkładane przez światło słoneczne na atomy wodoru i tlenu. Naukowcy z przyjrzeli się wodorowi i deuterowi, który jest atomem wodoru z neutronem w jądrze. Neutron nadaje deuterowi dwukrotnie większą masę niż wodór. Ponieważ jest on cięższy, ucieka w przestrzeń znacznie wolniej niż zwykły wodór.
Jak tłumaczą astrofizycy, z biegiem czasu, w miarę utraty większej ilości wodoru niż deuteru, jego stosunek w atmosferze wzrósł. Pomiar tej różnicy dał naukowcom wskazówkę, ile wody było obecne w ciepłej, wilgotnej przeszłości Marsa. Badając, w jaki sposób te atomy obecnie uciekają, naukowcy mogą zrozumieć procesy, które determinowały tempo ucieczki w ciągu ostatnich czterech miliardów lat.
Chociaż większość danych z badania pochodzi z sondy kosmicznej MAVEN, nie jest ona wystarczająco czuła, aby zobaczyć emisje deuteru we wszystkich porach marsjańskiego roku. W przeciwieństwie do Ziemi, Mars porusza się daleko od Słońca na swojej eliptycznej orbicie podczas długiej zimy, a wówczas emisje deuteru stają się słabe. Astronomowie potrzebowali danych z Hubble’a, aby „wypełnić puste miejsca” i zakończyć roczny cykl dla trzech marsjańskich lat (z których każdy ma 687 ziemskich dni). Teleskop dostarczył również dodatkowych danych sięgających 1991 roku – przed przybyciem MAVEN na Marsa w 2014 roku. Połączenie danych z tych misji dało pierwszy kompleksowy obraz atomów wodoru uciekających z Marsa w przestrzeń kosmiczną.
„W ostatnich latach naukowcy odkryli, że Mars ma cykl roczny, który jest znacznie bardziej dynamiczny, niż spodziewali się 10 czy 15 lat temu. Cała atmosfera jest bardzo turbulentna, nagrzewa się i ochładza w krótkich odstępach czasu do kilku godzin. Rozszerza się i kurczy, gdy jasność Słońca na Marsie zmienia się o 40 procent w ciągu marsjańskiego roku” – wyjaśnia Clarke.
Badacze odkryli, że szybkość ucieczki wodoru i deuteru zmienia się gwałtownie, gdy Mars znajduje się blisko Słońca. Wcześniej uważano, że atomy te powoli dyfundują w górę przez atmosferę do wysokości, z której mogą uciec.
Jednak ten obraz nie odzwierciedla już dokładnie całej historii, ponieważ naukowcy wiedzą teraz, że warunki atmosferyczne zmieniają się bardzo szybko. Gdy Mars znajduje się blisko Słońca, cząsteczki wody, które są źródłem wodoru i deuteru, bardzo szybko unoszą się w atmosferze, uwalniając atomy na dużych wysokościach.
Drugim odkryciem jest to, że zmiany w wodorze i deuterze są tak szybkie, że ucieczka atomów wymaga dodatkowej energii, aby je wyjaśnić. W temperaturze górnej atmosfery tylko niewielka część atomów ma wystarczającą prędkość, aby uciec przed grawitacją Marsa. Szybsze (supertermiczne) atomy powstają, gdy coś daje im dodatkową energię. Zdarzenia te obejmują zderzenia protonów wiatru słonecznego wchodzących do atmosfery lub światła słonecznego napędzającego reakcje chemiczne w górnej atmosferze.
Jak wskazują astrofizycy badanie tego, gdzie zniknęła woda na Marsie ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla zrozumienia planet w naszym Układzie Słonecznym, ale także ewolucji globów wielkości Ziemi wokół innych gwiazd. Astronomowie odkrywają coraz egzoplanet, ale są one trudne do szczegółowego zbadania.
Mars, Ziemia i Wenus znajdują się w ekosferze Układu Słonecznego lub w jej pobliżu, czyli w regionie wokół gwiazdy, w którym na skalistej planecie może gromadzić się woda w stanie ciekłym. Globy te mogą pomóc naukowcom zrozumieć naturę odległych światów we Wszechświecie.
Emil Gołoś
