Obecność wody na powierzchni Marsa w zamierzchłej przeszłości stanowi swego rodzaju paradoks. Istnieje wszak mnóstwo geograficznych dowodów na to, że w pewnych okresach historii rzeki na Marsie pełne były wody. Jednak w czasach, w których owa woda miała istnieć na powierzchni Marsa – jakieś trzy do czterech miliardów lat temu – na Marsie raczej było za zimno na wodę w stanie ciekłym.
Jak to wytłumaczyć?
Badacze z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) wskazują, że wczesny Mars mógł przechodzić przez okresy wzmożonego efektu cieplarnianego. W artykule opublikowanym w periodyku Geophysical Research Letters, badacze wykazali, że interakcje zachodzące między metanem, dwutlenkiem węgla i wodorem we wczesnej marsjańskiej atmosferze mogły odpowiadać za ciepłe okresy, w których na powierzchni mogła swobodnie płynąć woda w stanie ciekłym.
„Wczesny Mars jest unikalny w tym względzie, że to jedyne środowisko poza Ziemią, o którym z pewnością możemy powiedzieć, że przynajmniej okresowo na jego powierzchni mogły panować warunki sprzyjające dla powstania życia,” mówi Robin Wordsworth, profesor nauk o środowisku w SEAS i główny autor artykułu. „Jeżeli zrozumiemy jak wyglądał wczesny Mars, będziemy lepiej potrafili określić prawdopodobieństwo znalezienia życia na innych planetach poza Układem Słonecznym.”
Cztery miliardy lat temu Słońce świeciło 30 procent słabiej niż dzisiaj, a tym samym znacznie mniej promieniowania – także ciepła – docierało do powierzchni Marsa. Ta niewielka ilość promieniowania, która docierała do planety więziona była w atmosferze, co prowadziło do ciepłych i wilgotnych okresów. Przez dziesięciolecia naukowcy starali się stworzyć model tłumaczący ogrzewanie planety.
Oczywistym winowajcą jest dwutlenek węgla. CO2 stanowi 95% obecnej atmosfery Marsa i jest najbardziej znanym gazem cieplarnianym na Ziemi.
Jednak sam dwutlenek węgla nie może odpowiadać za temperatury panujące na wczesnym Marsie.
„Można wykonać obliczenia klimatyczne, w których dodajemy dwutlenek węgla i zwiększamy obecne ciśnienie atmosferyczne na Marsie o kilkaset razy i wciąż nie otrzymujemy temperatur nawet zbliżonych do 0 stopni Celsjusza,” mówi Wordsworth.
Coś innego zatem musiało przyczyniać się do efektu cieplarnianego w atmosferze Marsa.
Atmosfery planet skalistych stopniowo tracą lżejsze gazy takie jak chociażby wodór, który stopniowo ucieka w przestrzeń kosmiczną. (De facto, utlenianie, które nadaje marsjańskiej powierzchni charakterystyczną barwę jest właśnie bezpośrednim skutkiem utraty wodoru).
Wordsworth wraz ze swoimi współpracownikami przyjrzał się tym dawno utraconym gazom, poszukując wśród nich wytłumaczenia dla wczesnego klimatu marsjańskiego. Badacze skupili się szczególnie na metanie, którego niewiele jest w dzisiejszej atmosferze Marsa. Jednak miliardy lat temu procesy geologiczne mogły odpowiadać za znacznie większą obfitość metanu w atmosferze. Taki metan stopniowo mógł być zamieniany w wodór i inne gazu, w procesach, które obecnie obserwowane są na Tytanie, największym księżycu Saturna.
Aby zrozumieć w jaki sposób ta wczesna atmosfera Marsa mogła się zachowywać, zespół musiał zrozumieć fundamentalne właściwości tych cząsteczek.
„Kiedy obserwujemy egzotyczne atmosfery, nie możemy ich porównywać do atmosfery ziemskiej,” mówi Wordsworth. „Należy zacząć od podstaw. Dlatego też przyjrzeliśmy się procesom zachodzącym między cząsteczkami metanu, wodoru i dwutlenku węgla oraz jak taka mieszanina oddziałuje z fotonami. Okazało się, że takie połączenie prowadzi do bardzo silnej absorpcji promieniowania.”
Carl Sagan już w 1977 roku jako pierwszy spekulował, że ogrzewanie wodorem mogło być istotnym procesem na wczesnym Marsie, jednak dopiero teraz naukowcy byli w stanie właściwie obliczyć skalę efektu cieplarnianego. To także pierwszy raz, kiedy udało się potwierdzić, że metan także mógł być wydajnym gazem cieplarnianym na Marsie.
„Nasze badania wskazują, że ocieplanie atmosfery przez metan i wodór było znacząco niedoszacowane,” mówi Wordsworth. „Odkryliśmy, że metan i wodór oraz ich oddziaływanie z dwutlenkiem węgla, znacznie wydajniej mogły ogrzewać atmosferę Marsa niż nam się to wcześniej wydawało.”
Badacze mają nadzieję, że przyszłe misje marsjańskie rzucą więcej światła na procesy geologiczne odpowiadające za produkcję metanu miliardy lat temu.
Źródło: Harvard John A. Paulson SEAS