MAVEN szacuje jak dużo atmosfery utracił Mars

Wiatr słoneczny i promieniowanie odpowiedzialne są za odzieranie Marsa z atmosfery i zamianę planety, która mogła być przyjazna dla życia miliardy lat temu w mroźną pustynną planetę, którą możemy badać obecnie – wskazują najnowsze wyniki badań przeprowadzonych przez sondę MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) .

Ustaliliśmy, że większość gazu tworzącego kiedyś atmosferę Marsa uciekła w przestrzeń kosmiczną – mówi Bruce Jakosky, główny badacz misji MAVEN oraz profesor w Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP). Zespołowi udało się to określić na podstawie najnowszych pomiarów wskazujących, że około 65 procent argonu, który kiedykolwiek znajdował się w atmosferze Marsa uciekło w przestrzeń kosmiczną.

Jakosky jest głównym autorem artykułu opisujące te badania, który ukazał się dzisiaj w periodyku Science.

Członkowie zespołu naukowego misji MAVEN już wcześniej ogłosili, że wyniki pomiarów wskazują na ucieczkę gazów atmosferycznych w przestrzeń kosmiczną oraz opisali procesy prowadzące do rzednięcia atmosfery. Najnowsze analizy wykorzystują pomiary dzisiejszej atmosfery do pierwszej próby określenia ilości gazu, który z czasem uciekł z atmosfery Marsa.

Woda w stanie ciekłym niezbędna do życia jakie znamy, nie jest stabilna na dzisiejszej powierzchni Marsa ponieważ jego atmosfera jest za zimna i za rzadka. Niemniej jednak dowody takie jak formacje przypominające suche koryta rzek i minerały, które mogą powstać tylko w obecności wody  w stanie ciekłym wskazują, że dawny klimat Marsa znacznie różnił się od dzisiejszego – Czerwona Planeta była wystarczająco ciepła, aby po jej powierzchni płynęła woda w stanie ciekłym.

Istnieje wiele sposobów, na które planeta może utracić część swojej atmosfery, np. reakcje chemiczne mogą uwięzić gaz w skałach, atmosfera może ulegać erozji przez promieniowanie i silne wiatry gwiazdowe emitowane przez gwiazdę macierzystą. Najnowsze wyniki wskazują, że wiatr słoneczny i promieniowanie odpowiedzialne są za większość utraconej atmosfery w przypadku Marsa.

Młode gwiazdy charakteryzują się dużo intensywniejszym promieniowaniem w zakresie ultrafioletowym oraz wiatrami, dlatego też utrata atmosfery spowodowana przez nie mogła być intensywniejsza we wczesnej historii Marsa, a procesy te mogły dominować kontrolowanie klimatu planety.  możliwe, że we wczesnej historii Marsa na jego powierzchni istniały mikroby. Wraz z ochładzaniem i wysychaniem planety, wszelkie życie mogło ukryć się pod powierzchnią lub w nielicznych oazach na powierzchni.

Jakosky wraz ze swoim zespołem uzyskał wyniki mierząc obfitość dwóch różnych izotopów argonu w atmosferze Marsa. Izotopy to atomy tego samego pierwiastka różniące się masą. Ponieważ lżejszy z dwóch izotopów szybciej ucieka w przestrzeń kosmiczną, to drugi z czasem zaczyna dominować w atmosferze. Zespół wykorzystał tę nierównowagę wraz ze zmianami obfitości z wysokością w atmosferze do oszacowania ilości gazów atmosferycznych utraconych na rzecz przestrzeni kosmicznej.

Jako gaz szlachetny argon nie reaguje chemicznie z innymi pierwiastkami, dlatego też nie wchodzi w reakcje ze skałami, a jedyny proces, który może powodować jego ucieczkę w przestrzeń kosmiczną to tzw. rozpraszanie przez wiatr słoneczny. W procesie tym jony zebrane przez wiatr słoneczny uderzają z dużą prędkością w powierzchnię Marsa i fizycznie wybijają gazy atmosferyczne w przestrzeń.  Po określeniu ilości argonu utraconego w tym procesie, badacze mogli wykorzystać wydajność procesu do określenia ilości utraconych innych atomów i cząsteczek – włącznie z dwutlenkiem węgla.

CO2 jest szczególnie interesujący, bowiem jest to główny składnik atmosfery marsjańskiej jak i wydajny gaz cieplarniany, który może pozwolić na ogrzewanie planety.

Ustaliliśmy, że większość CO2 znajdującego się w atmosferze planety, także uciekła w przestrzeń kosmiczną. Oczywiście istnieją też inne procesy, które mogą doprowadzić do ucieczki CO2 dlatego wartość oszacowana przez nas to minimalna ilość CO2, która mogła uciec z atmosfery Marsa.

Zespół oparł swoje szacunki na danych opisujących górne warstwy atmosfery Marsa zebranych za pomocą instrumentu NGIMS (Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer) oraz na pomiarach wykonanych z powierzchni przez łazik Curiosity za pomocą instrumentu SAM (Sample Analysis at Mars).

Źródło UC Boulder