Zonnewind en straling zijn verantwoordelijk voor het strippen van de atmosfeer van Mars, Mars transformeren van een planeet die miljarden jaren geleden leven had kunnen ondersteunen in een ijskoude woestijnwereld, volgens nieuwe resultaten van het ruimtevaartuig MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) van NASA onder leiding van de University of Colorado Boulder.

"We hebben vastgesteld dat het grootste deel van het gas dat ooit in de atmosfeer van Mars aanwezig was, verloren is gegaan in de ruimte, " zei Bruce Jakosky, hoofdonderzoeker voor MAVEN en een professor aan het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica (LASP). "Het team heeft deze beslissing genomen op basis van het laatste resultaat, waaruit blijkt dat ongeveer 65 procent van het argon dat ooit in de atmosfeer was, verloren is gegaan in de ruimte."

Jakosky is hoofdauteur van een paper over dit onderzoek dat zal worden gepubliceerd in Wetenschap op vrijdag. Marek Slipski, een LASP-afgestudeerde student, co-auteur van de studie.

MAVEN-teamleden hadden eerder metingen aangekondigd die aantoonden dat atmosferisch gas verloren ging in de ruimte en die de processen beschreven waarmee de atmosfeer werd verwijderd. De huidige analyse maakt gebruik van metingen van de huidige atmosfeer om de eerste schatting te geven van hoeveel gas er in de loop van de tijd is verwijderd.

Vloeibaar water, essentieel voor het leven, is tegenwoordig niet stabiel op het oppervlak van Mars omdat de atmosfeer te koud en te dun is om het te ondersteunen. Echter, bewijzen zoals kenmerken die lijken op droge rivierbeddingen en mineralen die zich alleen vormen in de aanwezigheid van vloeibaar water, geven aan dat het oude klimaat op Mars heel anders was - warm genoeg om water gedurende langere perioden op het oppervlak te laten stromen.

Er zijn veel manieren waarop een planeet een deel van zijn atmosfeer kan verliezen. Bijvoorbeeld, chemische reacties kunnen gas opsluiten in oppervlaktegesteenten of een atmosfeer kan worden uitgehold door straling en wind van de moederster van de planeet. Het nieuwe resultaat onthult dat zonnewind en straling verantwoordelijk waren voor het grootste deel van het atmosferische verlies op Mars en dat de uitputting voldoende was om het klimaat op Mars te transformeren. De zonnewind is een dunne stroom elektrisch geleidend gas die constant van het oppervlak van de zon waait.

Jonge sterren hebben veel intensere ultraviolette straling en wind, dus het atmosferische verlies door deze processen was waarschijnlijk veel groter in het begin van de geschiedenis van Mars, en deze processen waren misschien de dominante die het klimaat en de bewoonbaarheid van de planeet beheersten, volgens de ploeg. Het is mogelijk dat er vroeg in de geschiedenis van Mars microbieel leven aan de oppervlakte heeft bestaan. Toen de planeet afkoelde en opdroogde, elk leven had ondergronds kunnen worden gedreven of in incidentele of zeldzame oppervlakte-oases zijn gedwongen.

Jakosky en zijn team kregen het resultaat door de atmosferische overvloed van twee verschillende isotopen van argongas te meten. Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met verschillende massa's. Omdat de lichtere van de twee isotopen gemakkelijker naar de ruimte ontsnapt, het zal het achterblijvende gas verrijkt in de zwaardere isotoop achterlaten. Het team gebruikte deze verrijking samen met hoe deze varieerde met de hoogte in de atmosfeer om te schatten welk deel van het atmosferische gas verloren is gegaan in de ruimte.

Als een "edelgas" kan argon niet chemisch reageren met wat dan ook, dus het zal niet vast komen te zitten in gesteenten, en het enige proces dat het naar de ruimte kan verwijderen, is een fysiek proces dat door de zonnewind 'sputteren' wordt genoemd. bij het sputteren, ionen die door de zonnewind worden opgepikt, botsen met hoge snelheden op Mars en slaan fysiek gas in de ruimte. Het team volgde argon omdat het alleen kan worden verwijderd door te sputteren. Toen ze eenmaal de hoeveelheid argon bepaalden die verloren was gegaan door sputteren, ze zouden de efficiëntie van sputteren kunnen gebruiken om het sputterverlies van andere atomen en moleculen te bepalen, inclusief kooldioxide (CO2).

CO2 is interessant omdat het het belangrijkste bestanddeel van de atmosfeer van Mars is en omdat het een efficiënt broeikasgas is dat warmte kan vasthouden en de planeet kan verwarmen.

"We hebben vastgesteld dat het grootste deel van de CO2 van de planeet ook in de ruimte is verloren door sputteren, " zei Jakosky. "Er zijn andere processen die CO2 kunnen verwijderen, dus dit geeft de minimale hoeveelheid CO2 die verloren is gegaan in de ruimte."

Het team maakte zijn schatting met behulp van gegevens over de bovenste atmosfeer van Mars van MAVEN's Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) -instrument, ondersteund door metingen van het oppervlak van Mars gemaakt door NASA's Sample Analysis at Mars (SAM) -instrument aan boord van de Curiosity-rover.

"De gecombineerde metingen maken een betere bepaling mogelijk van hoeveel argon van Mars in de loop van miljarden jaren in de ruimte verloren is gegaan, " zei Paul Mahaffy van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Mahaffy, een co-auteur van het artikel, is hoofdonderzoeker op het SAM-instrument en lead op het NGIMS-instrument, die beide zijn ontwikkeld bij NASA Goddard.

"Het gebruik van metingen van beide platforms wijst op de waarde van het hebben van meerdere missies die complementaire metingen doen, ' zei Mahaffy.

NASA Goddard beheert het MAVEN-project en MSL/Curiosity wordt beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.