Zhruba před 4 miliardami let vypadal Mars mnohem jinak než dnes. Pro začátek byla jeho atmosféra hustší a teplejší a po jejím povrchu proudila kapalná voda. To zahrnovalo řeky, stojatá jezera a dokonce i hluboký oceán, který pokrýval velkou část severní polokoule. Důkazy o této teplé, vodnaté minulosti se zachovaly po celé planetě v podobě dna jezer, říčních údolí a říčních delt.
Vědci se už nějakou dobu snaží odpovědět na jednoduchou otázku: kam se poděla všechna ta voda? Uniklo do vesmíru poté, co Mars ztratil atmosféru, nebo se někam stáhlo? Podle nový výzkum z Caltechu a NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) se 30 až 90 % vody na Marsu dostalo do podzemí. Tato zjištění jsou v rozporu se široce přijímanou teorií, že Mars ztratil svou vodu ve vesmíru v průběhu eonů.
Výzkum vedla Eva Scheller, Ph.D. kandidát na Kalifornský technologický institut (Caltech). Připojila se k ní profesorka Caltechu Bethany Ehlmannová, která je také zástupkyní ředitele společnosti Keck Institute for Space Studies ; Caltech Prof. Yuk Yung, vedoucí vědecký pracovník NASA JPL; Postgraduální studentka Caltechu Danica Adamsová; a výzkumný vědec JPL Renyu Hu.
Umělcova představa tekoucí vody na Marsu. Kredit: Kevin M. Gill
V posledních dvou desetiletích vyslala NASA a další vesmírné agentury na Rudou planetu více než tucet robotických průzkumníků, aby charakterizovali její geologii, klima, povrch, atmosféru a vývoj. Během toho zjistili, že Mars měl kdysi na svém povrchu dostatek vody, aby pokryl celou planetu v oceánu o hloubce mezi 100 a 1 500 metry (330 až 4920 stop), což je objem rovnající se polovině Atlantského oceánu.
Před 3 miliardami let povrchová voda Marsu zmizela a krajina se stala takovou, jaká je dnes (mrznoucí zima a vysušená). Vzhledem k tomu, kolik vody tam kdysi protékalo, vědci se divili, jak mohla tak důkladně zmizet. Až donedávna se vědci domnívali, že klíčem je únik z atmosféry, kde je voda chemicky disociovaná a poté ztracena ve vesmíru.
Tento proces je známý jako fotodisociace, kdy vystavení slunečnímu záření rozkládá molekuly vody na vodík a kyslík. V tomto bodě teorie říká, že nízká gravitace Marsu umožnila, aby byl odstraněn z atmosféry slunečním větrem. I když tento mechanismus jistě sehrál svou roli, vědci dospěli k závěru, že nemůže odpovídat za většinu ztracené vody na Marsu.
Umělcův koncept zobrazující rané marťanské prostředí (vpravo) versus chladné a suché prostředí, které dnes vidíme na Marsu (vlevo). Obrazový kredit: Goddard Space Flight Center NASA
V zájmu své studie tým analyzoval data z marťanských meteoritů, roverů a misí orbiterů, aby určil, jak se poměr deuteria k vodíku (D/H) měnil v průběhu času. Analyzovali také dnešní složení atmosféry a kůry Marsu, což jim umožnilo omezit množství vody na Marsu v průběhu času.
Deuterium (neboli „těžká voda“) je stabilní izotop vodíku, který má ve svém jádru proton i neutron, zatímco normální vodík (protium) je tvořen jediným protonem obíhajícím jedním elektronem. Tento těžší izotop tvoří ve známém vesmíru nepatrný zlomek vodíku (asi 0,02 %) a je pro něj obtížnější vymanit se z gravitace planety a uniknout do vesmíru.
Z tohoto důvodu by ztráta vody planety do vesmíru zanechala v atmosféře výmluvný podpis ve formě vyšší než normální hladiny deuteria. To však není v souladu s pozorovaným poměrem deuteria k protiu v atmosféře Marsu, a proto Scheller a její kolegové navrhují, že velká část vody byla absorbována minerály v kůře planety. Jak vysvětlil Ehlmann v nedávném Caltechu tisková zpráva :
'Atmosférický únik měl jasnou roli ve ztrátě vody, ale nálezy z poslední dekády misí na Mars ukázaly na skutečnost, že tam byl tento obrovský rezervoár starověkých hydratovaných minerálů, jejichž tvorba v průběhu času určitě snížila dostupnost vody.'
Kráter Jezero na Marsu je místem přistání roveru NASA Mars 2020. Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech/ASU
Na Zemi tekoucí voda zvětrává horniny za vzniku jílů a hydratovaných minerálů, které obsahují vodu jako součást své minerální struktury. Protože je Země tektonicky aktivní, hydratované minerály donekonečna kolují mezi pláštěm a atmosférou (prostřednictvím vulkanismu). Na Marsu byly také nalezeny jíly a hydratované minerály, což naznačuje, že tam kdysi tekla voda.
Ale protože Mars je tektonicky neaktivní (z větší části), jeho povrchová voda byla brzy izolována a nikdy se již nedostala zpět. Trvalým vysycháním povrchu tak byly zachovány znaky, které naznačují minulou přítomnost vody. Mezitím byla značná část této vody zachována tím, že byla absorbována pod povrchem.
Tato studie se zabývá nejen otázkou, jak voda z Marsu zmizela před miliardami let. Mohla by to být také dobrá zpráva pro budoucí mise s posádkou na Mars, které budou záviset na místně sklizeném ledu a vodě. Dříve na výzkumu spolupracovali spoluautoři Ehlmann, Huh a Yung vystopoval historii uhlíku na Marsu – protože oxid uhličitý je hlavní složkou atmosféry Marsu.
V budoucnu tým plánuje pokračovat v analýze údajů o izotopovém a minerálním složení, aby zjistil, co se stalo s minerály obsahujícími dusík a síru na Marsu. Kromě toho Scheller plánuje rozšířit svůj výzkum toho, co se stalo s vodou na Marsu, prováděním laboratorních experimentů, které simulují procesy zvětrávání Marsu, a prostřednictvím pozorování starověké kůry v kráteru Jezero (kde Vytrvalost právě zkoumá).
Umělecký dojem z vozítka Perseverance na Marsu. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Scheller a Ehlmann jsou rovněž připraveni pomoci s provozem společnostiVytrvalostrover, když přijde čas na sběr vzorků hornin a vrtů. Ty budou na Zemi vráceny následnou misí NASA-ESA, kde je výzkumníci budou moci prozkoumat. Schellerovi, Ehlmannovi a jejich kolegům to umožní otestovat své teorie o klimatických změnách na Marsu a o tom, co je pohání.
Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila v časopiseVědas názvem „ Dlouhodobé vysychání Marsu způsobené sekvestrací objemů vody v kůře v oceánském měřítku “ a byl představen 16. březnačtBěhem Měsíční a planetární vědecká konference (LPSC). Vzhledem k omezením COVID byla letošní konference virtuální a konala se od 15čtdo 19čt.
Výzkum byl umožněn díky podpoře poskytnuté společností Obyvatelné světy NASA ocenění, a Společenstvo NASA pro vědu o Zemi a vesmíru (NESSF) a Budoucí vyšetřovatel NASA ve vědě a technologii NASA o Zemi a vesmíru (nejlepší) ocenění.
Další čtení: Caltech , Caltech Autoři
