Een nieuwe studie onthult dat de inslagen van asteroïden op het oude Mars belangrijke ingrediënten voor leven hadden kunnen produceren als de atmosfeer van Mars rijk was aan waterstof. Een vroege waterstofrijke atmosfeer op Mars zou ook kunnen verklaren hoe de planeet bewoonbaar bleef nadat de atmosfeer dunner was geworden. De studie maakte gebruik van gegevens van NASA's Curiosity-rover op Mars en werd uitgevoerd door onderzoekers van het Curiosity's Sample Analysis at Mars (SAM)-instrumentteam en internationale collega's.

Deze hoofdingrediënten zijn nitrieten (NO ₂ ) en nitraten (NO ₃ ), vaste vormen van stikstof die belangrijk zijn voor de totstandkoming en duurzaamheid van het leven zoals wij dat kennen. Curiosity ontdekte ze in grond- en gesteentemonsters die het nam toen het door de Gale Crater trok, de plaats van oude meren en grondwatersystemen op Mars.

Om te begrijpen hoe vast stikstof in de krater kan zijn afgezet, onderzoekers moesten de vroege atmosfeer van Mars hier op aarde nabootsen. De studie, geleid door Dr. Rafael Navarro-González en zijn team van wetenschappers aan het Instituut voor Nucleaire Wetenschappen van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico in Mexico-Stad, gebruikte een combinatie van theoretische modellen en experimentele gegevens om de rol te onderzoeken die waterstof speelt bij het veranderen van stikstof in nitrieten en nitraten met behulp van energie van asteroïde-inslagen. De krant werd in januari gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Planeten .

In het labortorium, de groep gebruikte infrarode laserstraalpulsen om de hoogenergetische schokgolven te simuleren die worden gecreëerd door asteroïden die in de atmosfeer slaan. De pulsen werden geconcentreerd in een kolf met mengsels van waterstof, stikstof- en kooldioxidegassen, die de vroege atmosfeer van Mars vertegenwoordigen. Na de laserstralen, het resulterende brouwsel werd geanalyseerd om de hoeveelheid gevormde nitraten te bepalen. De resultaten waren verrassend, op zijn zachtst gezegd.

"De grote verrassing was dat de opbrengst aan nitraat toenam toen waterstof werd opgenomen in de lasergeshockeerde experimenten die asteroïde-inslagen simuleerden, " zei Navarro-González. "Dit was contra-intuïtief omdat waterstof leidt tot een zuurstofarme omgeving, terwijl de vorming van nitraat zuurstof vereist. Echter, de aanwezigheid van waterstof leidde tot een snellere afkoeling van het schokverwarmde gas, het vangen van stikstofmonoxide, de voorloper van nitraat, bij verhoogde temperaturen waar de opbrengst hoger was."

Hoewel deze experimenten werden uitgevoerd in een gecontroleerde laboratoriumomgeving op miljoenen kilometers van de Rode Planeet, de onderzoekers wilden de resultaten van Curiosity simuleren met het SAM-instrument op de rover. SAM neemt monsters die uit rots zijn geboord of door de mechanische arm van de rover van het oppervlak zijn opgeschept en bakt ze om de chemische vingerafdrukken van de vrijgekomen gassen te bekijken.

"SAM on Curiosity was het eerste instrument om nitraat op Mars te detecteren, " zei Christopher McKay, een co-auteur van het artikel bij NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië. "Vanwege de lage niveaus van stikstofgas in de atmosfeer, nitraat is de enige biologisch bruikbare vorm van stikstof op Mars. Dus, zijn aanwezigheid in de bodem is van grote astrobiologische betekenis. Dit artikel helpt ons de mogelijke bronnen van dat nitraat te begrijpen."

Waarom waren de effecten van waterstof zo fascinerend? Hoewel het oppervlak van Mars tegenwoordig koud en onherbergzaam is, wetenschappers denken dat een dikkere atmosfeer verrijkt met broeikasgassen zoals koolstofdioxide en waterdamp de planeet in het verleden mogelijk heeft verwarmd. Sommige klimaatmodellen laten zien dat de toevoeging van waterstof in de atmosfeer nodig kan zijn geweest om de temperatuur voldoende te verhogen om vloeibaar water aan het oppervlak te krijgen.

"Het hebben van meer waterstof als broeikasgas in de atmosfeer is interessant, zowel omwille van de klimaatgeschiedenis van Mars als voor de bewoonbaarheid, " zei Jennifer Stern, een planetaire geochemicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en een van de mede-onderzoekers van het onderzoek. "Als je een verband hebt tussen twee dingen die goed zijn voor de bewoonbaarheid - een potentieel warmer klimaat met vloeibaar water aan de oppervlakte en een toename van de productie van nitraten, die nodig zijn voor het leven - het is heel opwindend. De resultaten van deze studie suggereren dat deze twee dingen, die belangrijk zijn voor het leven, passen bij elkaar en de ene versterkt de aanwezigheid van de andere."

Hoewel de samenstelling van de vroege atmosfeer van Mars een mysterie blijft, deze resultaten kunnen meer stukjes opleveren voor het oplossen van deze klimaatpuzzel.