Mars heeft het grootste deel van zijn eens zo overvloedige water verloren, met kleine hoeveelheden die in de atmosfeer van de planeet achterblijven. ESA's Mars Express onthult nu meer over waar dit water is gebleven, waaruit blijkt dat zijn ontsnapping naar de ruimte wordt versneld door stofstormen en de nabijheid van de planeet tot de zon, en suggereert dat wat water ondergronds kan zijn teruggetrokken.

Hoewel het vandaag droog is, Mars was waarschijnlijk ooit een met water bedekte wereld zoals de onze. Het bewijs hiervan is te zien in beelden van uitgestrekte, overstroomde uitstroomkanalen, rivierdalen en delta's uitgehouwen in het oppervlak van de planeet, evenals in radarwaarnemingen van reservoirs met vloeibaar water die zijn opgesloten onder het ijs en stof van de zuidpool van Mars.

Water kan nu alleen op Mars bestaan ​​in de vorm van ijs of gas vanwege de lage atmosferische druk op de planeet, wat minder is dan 1% van die van de aarde. Mars heeft de afgelopen miljard jaar veel van zijn vroegere water in de ruimte verloren. en lekt nog steeds water uit de atmosfeer van vandaag.

Twee nieuwe onderzoeken, onder leiding van Anna Fedorova van het Space Research Institute van de Russische Academie van Wetenschappen en Jean-Yves Chaufray van het Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales, Frankrijk, verduidelijk nu hoe water zich door de atmosfeer van Mars beweegt en verlaat. Ze onthullen dat dit proces wordt beïnvloed door de afstand van de planeet tot de zon en veranderingen in het klimaat en het weer, inclusief de enorme wereldwijde stofstormen die vaak op de planeet worden gezien.

Beide onderzoeken maakten gebruik van uitgebreide, meerjarige datasets verkregen door het SPICAM-instrument van de orbiter (Spectroscopie voor het onderzoek naar de kenmerken van de atmosfeer van Mars).

"De atmosfeer is de schakel tussen oppervlak en ruimte, en heeft ons dus veel te vertellen over hoe Mars zijn water heeft verloren, " zegt Anna. "We hebben de waterdamp in de atmosfeer bestudeerd vanaf de grond tot 100 km hoogte, een gebied dat nog verkend moest worden, meer dan acht Marsjaren."

Anna en collega's ontdekten dat waterdamp beperkt bleef tot minder dan 60 km toen Mars ver van de zon was, maar zich tot 90 km in hoogte uitstrekte toen Mars het dichtst bij de zon was. Over een volledige baan, de afstand tussen de zon en de rode planeet varieert van 207 miljoen tot 249 miljoen km.

In de buurt van de zon, de warmere temperaturen en intensievere circulatie in de atmosfeer verhinderden dat het water op een bepaalde hoogte bevroor. "Vervolgens, de bovenste atmosfeer wordt bevochtigd en verzadigd met water, verklaren waarom waterontsnappingspercentages tijdens dit seizoen sneller worden - water wordt hoger gedragen, helpen bij zijn ontsnapping naar de ruimte, ’ voegt Anna eraan toe.

In de jaren dat Mars een wereldwijde stofstorm meemaakte, werd de bovenste atmosfeer nog natter, water ophopen op een hoogte van meer dan 80 km.

"Dit bevestigt dat stofstormen, waarvan bekend is dat ze de atmosfeer van Mars opwarmen en verstoren, ook water leveren aan grote hoogten, ", zegt Anna. "Dankzij de continue monitoring van Mars Express, konden we de laatste twee wereldwijde stofstormen analyseren, in 2007 en 2018, en vergelijk wat we hebben gevonden met stormvrije jaren om te bepalen hoe de stormen de waterontsnapping van Mars beïnvloedden."

Deze bevinding wordt ondersteund door onderzoek onder leiding van Jean-Yves, die de dichtheid van waterstofatomen in de bovenste atmosfeer van Mars gedurende twee jaar modelleerde en onderzocht hoe dit verband hield met het ontsnappen van water.

"We vergeleken onze resultaten met SPICAM-gegevens en vonden een goede overeenkomst, behalve tijdens het stoffige seizoen, toen ons model onderschatte hoeveel waterstof er aanwezig was, ", zegt Jean-Yves. "Bij verstoorde omstandigheden ontsnapt er veel meer water door de atmosfeer dan het model had voorspeld."

Gedurende twee Marsjaren, waarvan er één een stofstorm doormaakte, Jean-Yves en collega's schatten dat de snelheid van waterverlies varieert met een factor van ongeveer 100, benadrukt het significante effect dat stofstormen kunnen hebben op het waterverlies van Mars.

De bevindingen tonen aan dat Mars elke miljard jaar het equivalent van een wereldwijde twee meter diepe laag water verliest. Echter, zelfs verzameld over de vier miljardjarige geschiedenis van Mars, deze hoeveelheid is onvoldoende om te verklaren waar al het water van Mars is gebleven.

"Er moet ooit een aanzienlijke hoeveelheid op de planeet hebben bestaan ​​om de door water gecreëerde kenmerken die we zien te verklaren, " zegt Jean-Yves. "Omdat niet alles verloren is gegaan aan de ruimte, onze resultaten suggereren dat dit water ofwel ondergronds is verplaatst, of dat de waterontsnappingspercentages in het verleden veel hoger waren."

De resultaten van Anna, Jean-Yves en collega's vullen recente bevindingen aan van de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), die, sinds 2018 en naast Mars Express, heeft de verdeling van water naar hoogte in de atmosfeer van Mars gevolgd. Deze bevindingen suggereerden dat de snelheid van waterverlies op Mars mogelijk verband houdt met seizoensveranderingen.

Het werk van Mars Express om het waterverlies van Mars te bepalen, wordt ook ondersteund door NASA's MAVEN-missie (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), die systematisch de chemische samenstelling van de atmosfeer van Mars meet (in het bijzonder, de niveaus van atomaire waterstof en deuterium, een zware isotoop van waterstof). Dergelijke multi-missiegegevens zullen niet alleen helpen beperken hoe water zich momenteel gedraagt, maar ook het cumulatieve waterverlies in de geschiedenis van Mars - van vitaal belang om erachter te komen of het water van Mars ondergronds of naar de ruimte is gegaan.

"Twee belangrijke thema's in onze voortdurende verkenning van Mars zijn de evolutie van de planeet en het waterverlies, en de rol van stofstormen bij het vormgeven van het klimaat en de atmosfeer op Mars, " zegt Dmitrij Titov, ESA's Mars Express-projectwetenschapper.

"Deze bevindingen helpen ons de langetermijnprocessen achter het waterverlies van Mars te begrijpen en een beeld te schetsen van niet alleen de huidige klimatologie, maar hoe het klimaat door de geschiedenis heen is veranderd. Voor dergelijke studies hebben we het soort datasets van hoge kwaliteit nodig dat door SPICAM wordt geleverd en ook de instrumenten aan boord van ExoMars' TGO. Samen, deze en andere geavanceerde missies zullen de mysteries van Mars blijven onthullen."

Mars Express gelanceerd op 2 juni 2003, en heeft meer dan 17 jaar in een baan om Mars doorgebracht om de eigenschappen van de atmosfeer van de planeet nauwlettend in de gaten te houden.