Ett nyckelspårämne som används för att uppskatta hur mycket atmosfär Mars förlorade kan förändras beroende på tid på dygnet och yttemperaturen på den röda planeten, enligt nya observationer av NASA-finansierade forskare. Tidigare mätningar av detta spårämne - isotoper av syre - har inte stämt signifikant. En exakt mätning av detta spårämne är viktigt för att uppskatta hur mycket atmosfär Mars en gång hade innan den gick förlorad, som avslöjar om Mars kunde ha varit beboelig och hur förhållandena kan ha sett ut.

Mars är en förkylning, ogästvänlig öken idag, men egenskaper som torra flodbäddar och mineraler som bara bildas med flytande vatten tyder på att det för länge sedan hade en tjock atmosfär som behöll tillräckligt med värme för att flytande vatten - en nödvändig ingrediens för liv - skulle flöda på ytan. Det verkar som att Mars förlorat mycket av sin atmosfär under miljarder år, att förvandla sitt klimat från ett som kan ha stöttat livet till dagens uttorkade och frusna miljö, enligt resultat från NASA-uppdrag som MAVEN och Curiosity och går tillbaka till Viking-uppdragen 1976.

Dock, många mysterier om den röda planetens antika atmosfär finns kvar. "Vi vet att Mars hade mer atmosfär. Vi vet att det hade rinnande vatten. Vi har ingen bra uppskattning av förhållandena förutom det - hur jordliknande var Mars-miljön? Hur länge?" sa Timothy Livengood från University of Maryland, College Park och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Livengood är huvudförfattare till en artikel om denna forskning publicerad online i Icarus den 1 augusti.

Ett sätt att uppskatta hur tjock Mars ursprungliga atmosfär var är att titta på isotoper av syre. Isotoper är versioner av ett grundämne med olika massa på grund av antalet neutroner i atomkärnan. Lättare isotoper flyr ut i rymden snabbare än tyngre isotoper, så atmosfären som finns kvar på planeten blir gradvis berikad i den tyngre isotopen. I detta fall, Mars är berikad jämfört med jorden i den tyngre isotopen av syre, 18O, kontra den lättare och mycket vanligare 16O. Den uppmätta relativa mängden av varje isotop kan användas för att uppskatta hur mycket mer atmosfär det fanns på forntida Mars, i kombination med en uppskattning av hur mycket snabbare tändaren 16O kommer ut, och antar att den relativa mängden av varje isotop på jorden och Mars en gång var liknande.

Problemet är att mätningar av mängden 18O jämfört med 16O på Mars, förhållandet 18O/16O, har inte varit konsekventa. Olika uppdrag mätte olika förhållanden, vilket resulterar i olika förståelser av den gamla Mars atmosfären. Det nya resultatet ger ett möjligt sätt att lösa denna diskrepans genom att visa att förhållandet kan förändras under marsdagen. "Tidigare mätningar på Mars eller från jorden har erhållit en mängd olika värden för isotopförhållandet, " sa Livengood. "Våra är de första mätningarna som använder en enda metod på ett sätt som visar att förhållandet faktiskt varierar inom en enda dag, snarare än jämförelser mellan oberoende enheter. I våra mått, Isotopkvoten varierar från att vara cirka 9 % utarmad i tunga isotoper vid middagstid på Mars till att vara cirka 8 % berikad i tunga isotoper cirka 13:30 jämfört med de isotopförhållanden som är normala för jordens syre.”

Detta intervall av isotopförhållanden överensstämmer med de andra rapporterade mätningarna. "Våra mätningar tyder på att allt tidigare arbete kan ha gjorts korrekt men inte överens eftersom denna aspekt av atmosfären är mer komplex än vi hade insett, " sa Livengood. "Beroende var på Mars mätningen gjordes, och vilken tid på dygnet på Mars, det går att få olika värden."

Teamet tror att förändringen i förhållandena under dagen är en rutinhändelse på grund av marktemperaturen, där de isotopiskt tyngre molekylerna skulle hålla fast vid kalla ytkorn på natten mer än de lättare isotoperna, sedan frigörs (desorberas termiskt) när ytan värms upp under dagen.

Eftersom Mars atmosfär till största delen består av koldioxid (CO ₂ ), vad teamet faktiskt observerade var syreisotoper bundna till kolatomer i CO ₂ molekyl. De gjorde sina observationer av Mars-atmosfären med NASA:s infraröda teleskopanläggning på Mauna Kea, Hawaii, med hjälp av Heterodyne Instrument for Planetary Winds and Composition utvecklat vid NASA Goddard. "Medan vi försökte förstå den breda spridningen i uppskattade isotopförhållanden som vi hämtade från observationerna, vi märkte att de var korrelerade med yttemperaturen som vi också fick, sade Livengood. Det var den insikten som satte oss på den här vägen.

Det nya arbetet kommer att hjälpa forskare att förfina sina uppskattningar av den gamla Mars-atmosfären. Eftersom mätningarna nu kan förstås stämma överens med resultaten av sådana processer i andra planeters atmosfärer, det betyder att de är på rätt väg för att förstå hur klimatet på mars förändrades. "Det visar att den atmosfäriska förlusten berodde på processer som vi mer eller mindre förstår, " sade Livengood. "Kritiska detaljer återstår att utarbeta, men det betyder att vi inte behöver åberopa exotiska processer som kunde ha resulterat i att ta bort CO ₂ utan att ändra isotopförhållandena, eller ändra bara några förhållanden i andra element."