De aanwezigheid van water op het oude Mars is een paradox. Er is voldoende geografisch bewijs dat rivieren periodiek over het oppervlak van de planeet stroomden. Maar in de tijdsperiode waarin deze wateren zouden hebben gelopen - drie tot vier miljard jaar geleden - zou Mars te koud moeten zijn geweest om vloeibaar water te ondersteunen.

Dus hoe bleef het zo warm?

Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) suggereren dat het vroege Mars mogelijk met tussenpozen is opgewarmd door een krachtig broeikaseffect. In een paper gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , onderzoekers ontdekten dat interacties tussen methaan, koolstofdioxide en waterstof in de vroege atmosfeer van Mars hebben mogelijk warme perioden gecreëerd waarin de planeet vloeibaar water op het oppervlak kon ondersteunen.

"Vroege Mars is uniek in de zin dat het de enige planetaire omgeving is, buiten de aarde, waar we met vertrouwen kunnen zeggen dat er op zijn minst episodische perioden waren waarin het leven had kunnen bloeien, " zei Robin Wordsworth, assistent-professor milieuwetenschappen en techniek bij SEAS, en eerste auteur van het artikel. "Als we begrijpen hoe vroeg Mars opereerde, het zou ons iets kunnen vertellen over het potentieel voor het vinden van leven op andere planeten buiten het zonnestelsel."

Vier miljard jaar geleden, de zon was ongeveer 30 procent zwakker dan vandaag en aanzienlijk minder zonnestraling - a.k.a. hitte - bereikte het oppervlak van Mars. De schaarse straling die de planeet bereikte, werd gevangen door de atmosfeer, resulterend in warme, natte periodes. Al decenia, onderzoekers hebben moeite gehad om precies te modelleren hoe de planeet werd geïsoleerd.

De voor de hand liggende boosdoener is CO2. Kooldioxide maakt 95 procent uit van de huidige atmosfeer van Mars en is het meest bekende en meest voorkomende broeikasgas op aarde.

Maar CO2 alleen is niet verantwoordelijk voor de vroege temperaturen van Mars.

"Je kunt klimaatberekeningen doen waarbij je CO2 toevoegt en honderden keren de huidige atmosferische druk op Mars opbouwt en je nog steeds nooit temperaturen bereikt die zelfs maar dicht bij het smeltpunt liggen, ' zei Wordsworth.

Er moet iets anders in de atmosfeer van Mars zijn geweest dat heeft bijgedragen aan een broeikaseffect.

De atmosferen van rotsachtige planeten verliezen lichtere gassen, zoals waterstof, naar de ruimte in de tijd. (In feite, de oxidatie die Mars zijn kenmerkende tint geeft, is een direct gevolg van het verlies van waterstof.)

Wordsworth en zijn medewerkers keken naar deze lang verloren gewaande gassen - bekend als reducerende gassen - om een ​​mogelijke verklaring te geven voor het vroege klimaat van Mars. Vooral, het team keek naar methaan, die tegenwoordig niet overvloedig aanwezig is in de atmosfeer van Mars. Miljarden jaren geleden, echter, geologische processen hadden aanzienlijk meer methaan in de atmosfeer kunnen vrijgeven. Dit methaan zou langzaam zijn omgezet in waterstof en andere gassen, in een proces dat vergelijkbaar is met dat van vandaag op de maan van Saturnus, Titan.

Om te begrijpen hoe deze vroege atmosfeer van Mars zich mogelijk heeft gedragen, het team moest de fundamentele eigenschappen van deze moleculen begrijpen.

"Als je naar exotische sferen kijkt, je kunt ze niet vergelijken met de atmosfeer van de aarde, "zei Wordsworth. "Je moet beginnen bij de eerste principes. Dus we keken naar wat er gebeurt als methaan, waterstof en koolstofdioxide botsen en hoe ze interageren met fotonen. We ontdekten dat deze combinatie resulteert in een zeer sterke absorptie van straling."

Carl Sagan speculeerde voor het eerst dat waterstofopwarming in 1977 belangrijk zou kunnen zijn geweest op het vroege Mars, maar dit is de eerste keer dat wetenschappers het broeikaseffect nauwkeurig kunnen berekenen. Het is ook de eerste keer dat is aangetoond dat methaan een effectief broeikasgas is op het vroege Mars.

"Dit onderzoek toont aan dat de opwarmingseffecten van zowel methaan als waterstof aanzienlijk zijn onderschat, " zei Wordsworth. "We ontdekten dat methaan en waterstof, en hun interactie met koolstofdioxide, waren veel beter in het opwarmen van het vroege Mars dan eerder werd aangenomen."

De onderzoekers hopen dat toekomstige missies naar Mars licht zullen werpen op de geologische processen die miljarden jaren geleden methaan produceerden.

"Een van de redenen waarom het vroege Mars zo fascinerend is, is dat het leven complexe chemie nodig heeft om te ontstaan, "zei Wordsworth. "Deze perioden van verminderde gasemissie gevolgd door planetaire oxidatie hadden gunstige omstandigheden voor leven op Mars kunnen creëren."