Forskare har utarbetat nya analytiska verktyg för att bryta ner den gåtfulla historien om Mars atmosfär - och om liv en gång var möjligt där.

En artikel som beskriver arbetet publicerades idag i tidskriften Vetenskapens framsteg . Det kan hjälpa astrobiologer att förstå alkaliniteten, pH och kvävehalt i forntida vatten på Mars, och i förlängningen, koldioxidsammansättningen i planetens antika atmosfär.

Mars idag är för kallt för att ha flytande vatten på sin yta, ett krav för att vara värd för livet som vi känner det.

"Frågan som driver våra intressen är inte om det finns liv på dagens Mars, sa Tim Lyons, UCR framstående professor i biogeokemi. "Vi drivs istället av att fråga om det fanns liv på Mars för miljarder år sedan, vilket verkar betydligt mer troligt."

Dock, "Det finns överväldigande bevis för att Mars hade hav med flytande vatten för ungefär 4 miljarder år sedan, "Lyons noterade.

Den centrala frågan astrobiologer ställer är hur det var möjligt. Den röda planeten är längre bort från solen än jorden är, och för miljarder år sedan genererade solen mindre värme än den gör idag.

"Att ha gjort planeten tillräckligt varm för flytande ytvatten, dess atmosfär skulle sannolikt ha behövt en enorm mängd växthusgaser, koldioxid specifikt, " förklarade Chris Tino, en UCR-student och medförfattare till uppsatsen tillsammans med Eva Stüeken, en föreläsare vid University of St. Andrews i Skottland.

Eftersom det är omöjligt att ta prov på Mars atmosfär från miljarder år sedan för att lära sig dess koldioxidhalt, teamet drog slutsatsen att en plats på jorden vars geologi och kemi har likheter med Mars-ytan kan ge några av de saknade bitarna. De hittade den i södra Tysklands Nordlinger Ries-krater.

Bildades för ungefär 15 miljoner år sedan efter att ha träffats av en meteorit, Ries-kratern har lager av stenar och mineraler som är bättre bevarade än nästan var som helst på jorden.

Mars 2020 rover kommer att landa i en liknande strukturerad, välbevarad gammal krater. Båda platserna innehöll flytande vatten i sitt avlägsna förflutna, gör deras kemiska sammansättning jämförbar.

Enligt Tino, det är osannolikt att forntida Mars hade tillräckligt med syre för att ha varit värd för komplexa livsformer som människor eller djur.

Dock, vissa mikroorganismer kunde ha överlevt om forntida marsvatten hade både ett neutralt pH-värde och var mycket alkaliskt. Dessa förhållanden innebär tillräckligt med koldioxid i atmosfären - kanske tusentals gånger mer än vad som omger jorden idag - för att värma planeten och göra flytande vatten möjligt.

Medan pH mäter koncentrationen av vätejoner i en lösning, alkalinitet är ett mått som är beroende av flera joner och hur de interagerar för att stabilisera pH.

"Ries kraterbergprover har förhållanden av kväveisotoper som bäst kan förklaras av högt pH, " sa Stüeken. "Och mer, mineralerna i de gamla sedimenten säger oss att alkaliniteten också var mycket hög."

Dock, Marsprover med mineralindikatorer för hög alkalinitet och kväveisotopdata som pekar på relativt lågt pH skulle kräva extremt höga nivåer av koldioxid i den tidigare atmosfären.

De resulterande koldioxiduppskattningarna kan hjälpa till att lösa det långvariga mysteriet om hur en forntida Mars som ligger så långt från en svag tidig sol kunde ha varit tillräckligt varm för ythav och kanske liv. Hur så höga nivåer kunde ha upprätthållits och vad som kan ha levt under dem är fortfarande viktiga frågor.

"Innan denna studie, det var inte klart att något så enkelt som kväveisotoper kunde användas för att uppskatta pH-värdet i forntida vatten på Mars; pH är en nyckelparameter för att beräkna koldioxiden i atmosfären, sa Tino.

Finansiering för denna studie kom från NASA Astrobiology Institute, där Lyons leder Alternative Earths-teamet baserat på UCR. Inkluderade i studien var Gernot Arp från Georg-August-universitetet i Göttingen och Dietmar Jung från Bayerns statliga miljökontor.

När prover från NASA:s Mars 2020 roveruppdrag förs tillbaka till jorden, de kunde analyseras för deras kväveisotopförhållanden. Dessa data kan bekräfta teamets misstanke om att mycket höga halter av koldioxid möjliggjorde flytande vatten och kanske till och med vissa former av mikrobiellt liv för länge sedan.

"Det kan ta 10-20 år innan prover förs tillbaka till jorden, " Lyons said. "But I am delighted to know that we have perhaps helped to define one of the first questions to ask once these samples are distributed to labs in the U.S. and throughout the world."