Mars had ooit oceanen, maar is nu kurkdroog, waardoor velen zich afvragen hoe het water verloren was gegaan. Onderzoekers van de Universiteit van Arizona hebben een verrassend grote hoeveelheid water ontdekt in de bovenste atmosfeer van Mars, waar het snel wordt vernietigd, een deel van dit Marsmysterie verklaren.

Shane Steen, een afgestudeerde student in het UArizona Lunar and Planetary Laboratory en hoofdauteur van een nieuw artikel dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschap , beschrijft zichzelf als een planetaire chemicus. Ooit een laboratoriumchemicus die hielp bij het ontwikkelen van polymeren die konden worden gebruikt om therapeutische medicijnen efficiënter in te pakken en af ​​te leveren, hij bestudeert nu de chemie van planetaire atmosferen.

Sinds 2014, hij heeft gewerkt aan de NASA MAVEN-missie, afkorting voor Mars Atmosphere and Volatile Evolution. Het MAVEN-ruimtevaartuig begon in 2014 in een baan om Mars te cirkelen en registreert sindsdien de samenstelling van de bovenste atmosfeer van de planetaire buur van de aarde.

"We weten dat miljarden jaren geleden, er was vloeibaar water op het oppervlak van Mars, ' zei Stone. 'Er moet een dikkere atmosfeer zijn geweest, dus we weten dat Mars op de een of andere manier het grootste deel van zijn atmosfeer aan de ruimte heeft verloren. MAVEN probeert de processen die verantwoordelijk zijn voor dit verlies te karakteriseren, en een deel daarvan is precies te begrijpen hoe Mars zijn water verloor."

Co-auteurs van de studie zijn onder meer Roger Yelle, een UArizona-professor planetaire wetenschappen en Stone's onderzoeksadviseur, evenals onderzoekers van NASA Goddard Space Flight Center en het Center for Research and Exploration in Space Science and Technology in Maryland.

Op zoek naar water

Terwijl MAVEN in een baan om Mars draait, het duikt elke 4 1/2 uur in de atmosfeer van de planeet. Het NGIMS-instrument aan boord, afkorting voor Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, heeft de overvloed aan geladen watermoleculen, ionen genaamd, gemeten in de bovenste atmosfeer van Mars, ongeveer 100 mijl van het aardoppervlak. Uit deze informatie, wetenschappers kunnen afleiden hoeveel water er in de atmosfeer aanwezig is.

Eerdere waarnemingen met MAVEN en de Hubble-ruimtetelescoop toonden aan dat het verlies van water uit de bovenste atmosfeer van Mars varieert met de seizoenen. Vergeleken met de aarde, Mars volgt een meer ovaalvormig pad rond de zon en is er in de zomer het dichtst bij op het zuidelijk halfrond van Mars.

Stone en zijn team ontdekten dat wanneer Mars het dichtst bij de zon is, de planeet warmt op, en meer water - gevonden op het oppervlak in de vorm van ijs - beweegt van het oppervlak naar de bovenste atmosfeer waar het verloren gaat in de ruimte. Dit gebeurt eens per Marsjaar of ongeveer elke twee aardse jaren. De regionale stofstormen die elk jaar op Mars plaatsvinden en de wereldwijde stofstormen die ongeveer eens in de 10 jaar over de planeet plaatsvinden, leiden tot een verdere opwarming van de atmosfeer en een toename van de opwaartse beweging van water.

De processen die deze cyclische beweging mogelijk maken, zijn in tegenspraak met het klassieke beeld van het ontsnappen van water van Mars, laten zien dat het onvolledig is, zei Steen. Volgens het klassieke proces, waterijs wordt omgezet in een gas en wordt vernietigd door de zonnestralen in de lagere atmosfeer. Dit proces, echter, zou spelen als een langzame, gestage druppel, onaangetast door de seizoenen of stofstormen, wat niet strookt met de huidige waarnemingen.

"Dit is belangrijk omdat we helemaal geen water in de bovenste atmosfeer van Mars hadden verwacht, Stone zei. "Als we Mars met de aarde vergelijken, water op aarde is beperkt tot het oppervlak vanwege iets dat de hygropauze wordt genoemd. Het is gewoon een laag in de atmosfeer die koud genoeg is om alle waterdamp die naar boven gaat te condenseren (en dus te stoppen)."

Het team stelt dat water voorbij gaat wat de hygropauze van Mars zou moeten zijn, die waarschijnlijk te warm is om de waterdamp tegen te houden. Eenmaal in de bovenste atmosfeer, watermoleculen worden heel snel door ionen afgebroken - binnen vier uur, ze berekenen - en de bijproducten gaan dan verloren in de ruimte.

"Het verlies van zijn atmosfeer en water naar de ruimte is een belangrijke reden waarom Mars koud en droog is in vergelijking met de warme en natte aarde. Deze nieuwe gegevens van MAVEN onthullen één proces waardoor dit verlies vandaag nog steeds optreedt, ' zei Steen.

Een droge en stoffige wereld

Toen het team hun bevindingen 1 miljard jaar terug extrapoleerde, ze ontdekten dat dit proces het verlies van een wereldwijde oceaan van ongeveer 17 inch diep kan verklaren.

"Als we water nemen en het gelijkmatig over het hele oppervlak van Mars verspreiden, die oceaan van water die verloren is gegaan in de ruimte als gevolg van het nieuwe proces dat we beschrijven, zou meer dan 17 inch diep zijn, Stone zei. "Er zou nog eens 6,7 inch verloren gaan, uitsluitend door de effecten van wereldwijde stofstormen."

Tijdens wereldwijde stofstormen, Er kan 20 keer meer water naar de bovenste atmosfeer worden getransporteerd. Bijvoorbeeld, een wereldwijde stofstorm die 45 dagen duurt, brengt dezelfde hoeveelheid water naar de ruimte als Mars zou verliezen tijdens een kalm Marsjaar, of 687 aardse dagen.

En hoewel Stone en zijn team niet verder dan 1 miljard jaar kunnen extrapoleren, hij denkt dat dit proces daarvoor waarschijnlijk niet hetzelfde werkte, omdat Mars misschien lang geleden een sterkere hygropauze heeft gehad.

"Voordat het proces dat we beschrijven begon te werken, er moet al een aanzienlijke hoeveelheid atmosferische ontsnapping naar de ruimte zijn geweest, Stone zei. "We moeten nog steeds de impact van dit proces vaststellen en wanneer het begon te werken."

In de toekomst, Stone wil de atmosfeer van de maan van Saturnus bestuderen, Titan.

"Titan heeft een interessante atmosfeer waarin organische chemie een belangrijke rol speelt, Stone zei. "Als voormalig synthetisch organisch chemicus, Ik sta te popelen om deze processen te onderzoeken."