Solvind och strålning är ansvariga för att avlägsna Mars atmosfär, omvandla Mars från en planet som kunde ha försörjt liv för miljarder år sedan till en kylig ökenvärld, enligt nya resultat från NASA:s MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) rymdfarkost som leds av University of Colorado Boulder.

"Vi har bestämt att det mesta av gasen som någonsin finns i Mars atmosfär har gått förlorad till rymden, sa Bruce Jakosky, huvudforskare för MAVEN och professor vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP). "Teamet gjorde denna bestämning utifrån det senaste resultatet, som avslöjar att cirka 65 procent av argon som någonsin fanns i atmosfären har förlorats till rymden."

Jakosky är huvudförfattare till en artikel om denna forskning som ska publiceras i Vetenskap på fredag. Marek Slipski, en LASP doktorand, var medförfattare till studien.

MAVEN-teammedlemmar hade tidigare meddelat mätningar som visade att atmosfärisk gas försvann till rymden och som beskrev de processer genom vilka atmosfären avlägsnades. Föreliggande analys använder mätningar av dagens atmosfär för att ge den första uppskattningen av hur mycket gas som har tagits bort genom tiden.

Flytande vatten, viktigt för livet, är inte stabil på Mars yta idag eftersom atmosfären är för kall och tunn för att stödja den. Dock, bevis som egenskaper som liknar torra flodbäddar och mineraler som bara bildas i närvaro av flytande vatten tyder på att det forntida klimatet på mars var mycket annorlunda - tillräckligt varmt för att vatten skulle rinna på ytan under långa perioder.

Det finns många sätt en planet kan förlora en del av sin atmosfär. Till exempel, kemiska reaktioner kan låsa bort gas i stenar på ytan eller så kan en atmosfär eroderas av strålning och vind från planetens moderstjärna. Det nya resultatet avslöjar att solvind och strålning var ansvariga för det mesta av atmosfärsförlusten på Mars och att utarmningen var tillräcklig för att omvandla Mars klimat. Solvinden är en tunn ström av elektriskt ledande gas som ständigt blåser från solens yta.

Unga stjärnor har mycket mer intensiv ultraviolett strålning och vindar, så atmosfärisk förlust genom dessa processer var sannolikt mycket större tidigt i Mars historia, och dessa processer kan ha varit de dominerande som styrde planetens klimat och beboelighet, enligt teamet. Det är möjligt att mikrobiellt liv kunde ha funnits på ytan tidigt i Mars historia. När planeten svalnade och torkade, vilket liv som helst kunde ha drivits under jorden eller tvingats in i enstaka eller sällsynta ytor.

Jakosky och hans team fick resultatet genom att mäta atmosfärens överflöd av två olika isotoper av argongas. Isotoper är atomer av samma grundämne med olika massor. Eftersom tändaren av de två isotoperna lättare rymmer i rymden, det kommer att lämna gasen kvar anrikad i den tyngre isotopen. Teamet använde denna anrikning tillsammans med hur den varierade med höjden i atmosfären för att uppskatta hur stor del av den atmosfäriska gasen som har förlorats till rymden.

Som en "ädelgas" kan argon inte reagera kemiskt med någonting så det kommer inte att bindas i stenar, och den enda processen som kan ta bort den till rymden är en fysisk process som kallas "sputtering" av solvinden. Vid sputtering, joner som plockas upp av solvinden träffar Mars i höga hastigheter och slår fysiskt atmosfärisk gas ut i rymden. Teamet spårade argon eftersom det bara kan tas bort genom förstoftning. När de väl bestämt mängden argon som förlorats genom sputtering, de skulle kunna använda sputtringens effektivitet för att bestämma sputtringsförlusten av andra atomer och molekyler, inklusive koldioxid (CO2).

CO2 är av intresse eftersom det är den huvudsakliga beståndsdelen i Mars atmosfär och eftersom det är en effektiv växthusgas som kan behålla värmen och värma planeten.

"Vi fastställde att majoriteten av planetens CO2 också har förlorats till rymden genom sputtering, ", sa Jakosky. "Det finns andra processer som kan ta bort CO2, så detta ger den minsta mängden CO2 som har gått förlorad till rymden."

Teamet gjorde sin uppskattning med hjälp av data om Mars övre atmosfär från MAVENs instrument för neutral gas- och jonmasspektrometer (NGIMS) stödd av mätningar från Mars yta gjorda av NASA:s Sample Analysis at Mars (SAM) instrument ombord på Curiosity-rovern.

"De kombinerade mätningarna möjliggör en bättre avgörande av hur mycket martiansk argon som har gått förlorat i rymden under miljarder år, "sa Paul Mahaffy från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Mahaffy, en medförfattare till tidningen, är huvudutredare för SAM-instrumentet och ledare för NGIMS-instrumentet, som båda utvecklades vid NASA Goddard.

"Att använda mätningar från båda plattformarna pekar på värdet av att ha flera uppdrag som gör kompletterande mätningar, " sa Mahaffy.

NASA Goddard sköter MAVEN-projektet och MSL/Curiosity hanteras av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.