Om det finns flytande vatten på Mars yta, det är troligtvis i form av en brun blandning med magnesiumkloratsalter, enligt nya experiment baserade på upptäckter som tidigare gjorts av NASA:s Phoenix- och Viking -landare, liksom Curiosity -rovern.

Forskare vid Institutionen för jord- och rymdvetenskap vid University of Washington, Seattle, studerat blandningar av vatten med salter som man vet finns på Mars, för att ta reda på vilka som sannolikt skulle vara flytande på Mars yta. Experimenten jämförde saltlösningarnas ångtryck och vattenabsorberande förmåga. Resultaten tyder på att vatten blandat med magnesiumklorat skulle vara mindre sannolikt att förångas eller frysa på Mars jämfört med vatten blandat med natrium- eller kaliumklorat. Resultaten kommer att presenteras i september 2018 -numret av Earth and Planetary Science Letters .

Gaser, vätskor och fasta ämnen

Ett ämnes "trippelpunkt" är temperaturen och trycket vid vilket det kan samexistera i alla tre faserna:gas, flytande och fast. För vatten, trippelpunkten finns vid 0,01 grader Celsius (32 grader Fahrenheit) och 6,12 millibar, eller 0,6% av atmosfärstrycket vid jordens yta. Med andra ord, man kan tänka sig en hink med vatten vid trippelpunkten, där vattnet existerar som is som flyter på ett lager flytande vatten, med vattenånga strax ovanför isen som har sublimerat eller avdunstat från den. Ångan som är i kontakt med isen utövar ett tryck på isen, som vi kallar ångtrycket.

Även om i vissa ekvatoriella regioner på Mars optimala förhållanden kan ligga strax under vatten trippelpunkt, för resten av planeten ligger temperaturerna vanligtvis långt under trippelpunkten. När atmosfärstrycket är lägre än vätskans ångtryck, vätskan avdunstar. Rent vatten skulle snabbt avdunsta under den tunna Mars -atmosfären, vilket är ungefär 1% av jordens. Saltlösningar, dock, förånga eller frys inte lika lätt, och därför skulle det vara mer troligt att förbli flytande på Mars.

Att förstå vilka kombinationer av salt och vatten som mest sannolikt förblir flytande kan hjälpa oss att berätta var vi ska leta efter tecken på flytande vatten, och därför möjligen liv, på den röda planeten.

Saltlösningar är hygroskopiska, vilket innebär att de är bra på att absorbera vatten. Vissa salter kan absorbera även små mängder vatten som finns på Mars. Många olika sorters salter finns på Mars, såsom klorider, sulfater, klorater, och perklorater. Dessa finns överallt på Marsytan, enligt data från olika lander- och roveruppdrag.

2008, Phoenix Landers termiska utvecklade gasanalysator (TEGA), som var en del av sitt inbyggda Wet Chemistry Lab, hittade perklorater i jordprover från Mars nordpolära region, vid koncentrationer av 0,4–0,6%. Detta uppmuntrade forskare att omanalysera data från markprover från Viking lander-uppdrag, som ägde rum på 1970 -talet.

Den nya analysen föreslog att jorden som hittades vid Chryse och Utopia Planitiae av vikingalandarna innehöll perklorat i en koncentration mindre än eller lika med 0,1%. Sedan, under 2013, Curiosity rover's Sample Analysis at Mars (SAM) instrument hittade kalciumperklorat i jordprover från Rocknest, som är en plats i Gale Crater.

Senast, instrumentet Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) ombord på NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter detekterade magnesiumperklorat, magnesiumklorat och natriumperklorat inom återkommande lutningslinjer. Det här är ränder som går nedåt under den varmare marsperioden och, under en tid, man trodde starkt att de producerades av rinnande vatten. På grund av salterna, den tunna atmosfären och de kalla temperaturerna, något sådant vatten skulle troligen vara brunt snarare än rent. Även om resultaten nu tyder på att flöden av torrt material på något sätt ger ränderna, det är fortfarande möjligt att vatten fortfarande kan existera som en vätska någonstans på Mars yta.

Blandning av salter

Vilket av dessa klorater och perklorater skulle sannolikt lösa sig i vatten under Mars -förhållanden?

University of Washingtons Jonathan Toner och David Catling hade tidigare modellerat data från Phoenix's Wet Chemistry Lab, att förstå hur olika salter beter sig i Mars minusgrader. De fann att jordproven sannolikt innehöll magnesiumsulfat, magnesiumperklorat, natriumperklorat, kaliumperklorat, natriumklorid och kalciumkarbonat.

I deras senaste studie, Toner och Catling gjorde lösningar av dessa salter. De fann att av alla saltvattenblandningar, magnesiumkloratlösningen hade det lägsta ångtrycket. Detta innebär att det är minst sannolikt att det avdunstar eller fryser och är mest troligt att absorbera de låga fuktnivåerna som finns i Mars -atmosfären.

Så för att hitta flytande vatten på Mars, ska forskare bara leta efter platser på Mars som är rika på magnesiumklorat?

"Alla salter som finns i Marsjord kommer sannolikt att vara som en saltblandning, så att mäta egenskaperna hos dessa blandningar är viktigt, "säger Toner. Baserat på markens kemi mätt av Phoenix lander, Toner säger att blandningar av natrium och magnesiumklorat mest sannolikt är Kalciumkloratblandningar är osannolika att hitta.

"Kloratsalter kan vara mycket rikligare än perklorat på Mars, "Toner lägger till." Våra resultat indikerar att klorater kan ha en ännu större förmåga att bilda vatten än perklorater via deliquescens [dvs. absorberar fukt och löser sig i det] och issmältning. "

Vatten för livet

Kan det finnas tillräckligt med vatten i dessa saltlösningar för att stödja mikrobiellt liv? Studier av extremofiler odlade i perklorat- och kloratlösningar tyder på att mikrober kan överleva i saltlake som kan finnas på Mars. En grupp forskare under ledning av Mark Schneegurt, professor i biologi vid Wichita State University i Kansas, USA, fann att flera arter av halotoleranta, dvs. salttoleranta bakterier, kunde växa i höga koncentrationer av kloratsalter.

"Än så länge, vi har odlat bakterier i klorater vid mer än hälften av deras [lägsta smältpunkt] -koncentration, [vilket är] vad vi skulle förvänta oss på Mars, "säger Schneegurt." Även om vi inte har visat att mikrober kan växa vid de högsta koncentrationer som behövs, när vi började var det inte klart att mikrober ens kunde växa i de 0,6% som Phoenix hittade. Vi är på mer än 25% just nu och går högre. Vi har visat mikrobiell tillväxt under dessa saltförhållanden och dessa salter är vanliga på Mars. "

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av NASA:s Astrobiology Magazine. Utforska jorden och mer på www.astrobio.net.