Mars: planeta, która straciła ocean wody

Artystyczna wizja Marsa cztery miliardy lat temu. Młoda planeta mogła posiadać cały ocean wody. Źródło: ESO/M. Kornmesser.

Pierwotny ocean na Marsie miał więcej wody niż ziemski Ocean Arktyczny i pokrywał większą powierzchnię planety niż Ocean Atlantycki na Ziemi – tak wskazują opublikowane dzisiaj najnowsze wyniki badań. Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał należący do ESO teleskop VLT, a także instrumenty w W. M. Keck Observatory oraz NASA Infrared Telescope Facility, do monitorowania atmosfery planety i wykonania mapy własności wody w różnych częściach marsjańskiej atmosfery w okresie sześciu lat. Nowe mapy są pierwszymi tego rodzaju opracowaniami. Wyniki ukażą się dzisiaj w internetowym wydaniu czasopisma „Science”.

Około cztery miliardów lat temu młoda planeta mogła mieć wystarczająco dużo wody do pokrycia całej swojej powierzchni ciekłą warstwą o głębokości 140 metrów, ale bardziej prawdopodobne jest, że woda w stanie ciekłym była skupiona w formie oceany zajmującego prawie połowę północnej półkuli Marsa, który w niektórych miejscach osiągał głębokość 1,6 kilometra.

„Nasze badania dostarczają wiarygodnych oszacowań ilości wody, jaką kiedyś posiadał Mars, poprzez ustalenie jak dużo wody utracił do przestrzeni kosmicznej” powiedział Geronimo Villanueva, naukowiec pracujący w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland, USA, główny autor najnowszej publikacji. „Dzięki tej pracy możemy lepiej zrozumieć historię wody na Marsie.”

Nowe oszacowania oparte są na szczegółowych obserwacjach dwóch nieco różniących się form wody w atmosferze Marsa. Jedną jest znana wszystkim forma wody, zbudowana z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, czyli H2O. Drugą stanowi HDO, zwana też półciężką wodą, naturalnie występująca odmiana, w której jeden atom wodoru jest zastąpiony swoją cięższą formą – deuterem.

Ponieważ odmiana wody z deuterem jest cięższa niż zwykła woda, proces jej utraty w przestrzeń kosmiczną jest trudniejszy. Zatem im więcej wody Mars utracił, tym większy powinien być stosunek ilości HDO do H2O w wodzie, która pozostała [1].

Badaczom udało się rozróżnić chemiczne sygnatury dwóch typów wody za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT w Chile, a także instrumentów w W. M. Keck Observatory oraz NASA Infrared Telescope Facility na Hawajach [2]. Porównując stosunek HDO do H2O, naukowcy ustalili w jakim stopniu procent HDO jest zwiększony i dzięki temu określili jak wiele wody uciekło w przestrzeń kosmiczną. W efekcie można było oszacować całkowitą ilość wody na Marsie istniejącą w dawnych czasach.

W swoich badaniach zespół wykonywał okresowo mapy rozmieszczenia H2O oraz HDO przez prawie sześć ziemskich lat – co odpowiada trzem marsjańskim – tworząc globalne mapy każdej z form oraz ilości jednej w stosunku do drugiej. Mapy ujawniły występowania sezonowych zmian i mikroklimatów, nawet mimo tego, że obecny Mars jest właściwe pustynią.

Ulli Kaeufl z ESO, który był odpowiedzialny za budowę jednego z instrumentów wykorzystanych w badaniach, a także współautor publikacji, dodaje: „Ponownie jestem przytłoczony faktem jak potężne w czułości są badania innych planet za pomocą teleskopów astronomicznych: znaleźliśmy starożytny ocean ponad 100 milionów kilometrów stąd!”

Zespół był szczególnie zainteresowany obszarami w pobliżu biegunów północnego i południowego, ponieważ czapy polarne są największym znanym rezerwuarem wody na planecie. Woda przechowywana w tych miejscach uważana jest za udokumentowanie ewolucji marsjańskiej wody od mokrego okresu noachijskiego, który zakończył się około 3,7 miliarda lat temu, do czasów obecnych.

Nowe wyniki pokazują, że woda atmosferyczna w obszarze okołobiegunowych jest wzbogacona w HDO o czynnik siedem w  porównaniu do ziemskiej wody w oceanach, co sugeruje, że woda w stałych czapach polarnych jest wzbogacona nawet ośmiokrotnie. Mars musiał utracić objętość wody 6,5 razy większą niż obecnie występująca w czapach polarnych, aby uzyskać taki poziom wzbogacenia. Objętość pierwotnego oceanu Marsa musiała wynosić co najmniej 20 milionów kilometrów sześciennych.

Opierając się na dane na temat obecnej powierzchni Marsa, prawdopodobnym miejscem dla tej wody są Równiny Północne, które od dawna są typowane jako dobry kandydat z powodu swojego niskiego położenia tereny. Starożytny ocean na tym obszarze pokrywałby 19% powierzchni planety – dla porównania Ocean Atlantycki pokrywa 17% powierzchni Ziemi.

„Skoro Mars tracił tak dużo wody, planeta najprawdopodobniej była bardzo mokra przez dłuższy okres czasu niż do tej pory sądzono, co sugeruje że mogły na niej dłużej panować warunki odpowiednie dla istnienia życia” powiedział Michael Mumma, naukowiec z Goddard, jeden z autorów publikacji.

Być może Mars miał kiedyś nawet więcej wody, z której część mogła zostać zdeponowana pod powierzchnią. Ponieważ nowe mapy ujawniają istnienie mikroklimatów i zmiany w czasie w wodzie atmosferycznej, mogą także być użyteczne w dalszych poszukiwaniach wody pod powierzchnią gruntu.

Uwagi

[1] W oceanach na Ziemi znajduje się ponad 3200 cząsteczek H2O na każdą z cząsteczek HDO.

[2] Chociaż próbniki na powierzchni Marsa oraz krążące wokół planety sondy mogą dostarczyć dużo więcej pomiarów in situ, nie są przystosowane do monitorowania własności całej marsjańskiej atmosfery. Najlepiej robić to przy użyciu spektrografów podczerwonych na dużych teleskopach na Ziemi.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Strong water isotopic anomalies in the Martian atmosphere: probing current and ancient reservoirs”, G. VIllanueva et al., ktory ukaże się online w Science w dniu 5 marca 2015 r.

Skład zespołu badawczego: G.L. Villanueva (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA; Catholic University of America, Washington, D.C., USA), M.J. Mumma (NASA Goddard Space Flight Center), R.E. Novak (Iona College, New York, USA), H.U. Käufl (ESO, Garching, Niemcy), P. Hartogh (Max Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, Germany), T. Encrenaz (CNRS — Observatoire de Paris-Meudon, Paryż, Francja), A. Tokunaga (University of Hawaii-Manoa, Hawaii, USA), A. Khayat (University of Hawaii-Manoa) oraz  M. D. Smith (NASA Goddard Space Flight Center).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1492