Genom att kombinera observationer från tre internationella rymdfarkoster på Mars, forskare kunde visa att regionala dammstormar spelar en stor roll för att torka ut den röda planeten.

Dammstormar värmer upp högre höjder av den kalla marsatmosfären, förhindrar att vattenångan fryser som vanligt och låter den nå längre upp. I de högre delarna av Mars, där atmosfären är sparsam, vattenmolekyler lämnas sårbara för ultraviolett strålning, som bryter upp dem till deras lättare komponenter av väte och syre. Väte, vilket är det lättaste elementet, går lätt bort i rymden, med syre som antingen flyr ut eller sätter sig tillbaka till ytan.

"Allt du behöver göra för att förlora vatten permanent är att förlora en väteatom för då kan vätet och syret inte kombineras till vatten, sade Michael S. Chaffin, en forskare vid Laboratory for Atmospheric and Space Physics vid University of Colorado i Boulder. "Så när du har förlorat en väteatom, du har definitivt förlorat en vattenmolekyl."

Forskare har länge misstänkt att Mars, en gång varm och blöt som jorden, har förlorat det mesta av sitt vatten till stor del genom denna process, men de insåg inte den betydande effekten av regionala dammstormar, som händer nästan varje sommar på planetens södra halvklot. Jordklotomslutande dammstormar som slår till vart tredje till vart fjärde marsår ansågs vara de främsta bovarna, tillsammans med de varma sommarmånaderna på södra halvklotet när Mars är närmare solen.

Men Mars atmosfär blir också uppvärmd under mindre, regionala dammstormar, enligt ett nytt papper som publicerades den 16 augusti i tidskriften Natur astronomi . Forskarna, ett internationellt team ledd av Chaffin, fann att Mars förlorar dubbelt så mycket vatten under en regional storm som den gör under en sydlig sommarsäsong utan regionala stormar.

"Det här dokumentet hjälper oss att praktiskt taget gå tillbaka i tiden och säga, "OK, nu har vi ett annat sätt att förlora vatten som hjälper oss att relatera detta lilla vatten vi har på Mars idag med den enorma mängd vatten vi hade förr, sa Geronimo Villanueva, en vattenexpert på mars vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och medförfattare på Chaffins papper.

Eftersom vatten är en av nyckelingredienserna för livet som vi känner det, forskare försöker förstå hur länge det flödade på Mars och hur det gick förlorat.

För miljarder år sedan, Mars hade mycket mer vatten än i dag. Det som är kvar är fruset vid polerna eller inlåst i skorpan. Smält, detta överblivna vatten kan fylla ett globalt hav upp till 100 fot, eller 30 meter, djup, vissa forskare förutspår.

Även om forskare som Chaffin hade många idéer om vad som hände med vattnet på Mars, de saknade de mått som behövdes för att knyta ihop hela bilden. Sedan, en sällsynt konvergens av rymdskeppsbanor under en regional dammstorm i januari till februari 2019 gjorde det möjligt för forskare att samla in oöverträffade observationer.

NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter mätte temperaturen, damm- och vatteniskoncentrationer från ytan till cirka 62 miles, eller 100 kilometer, ovanför det. Ser man inom samma höjdområde, ESA:s (European Space Agency) Trace Gas Orbiter mätte koncentrationen av vattenånga och is. Och NASA:s Mars Atmosphere och Volatile Evolution, eller MAVEN, rymdfarkoster avslutade mätningarna genom att rapportera mängden väte, som skulle ha brutit av H ₂ O molekyler, i de högsta delarna av Mars, uppemot 620 miles, eller 1, 000 kilometer, ovanför ytan.

Det var första gången så många uppdrag fokuserade på en enda händelse, Chaffin sa:"Vi har verkligen fångat hela systemet i aktion."

Data som samlats in från fyra instrument på de tre rymdfarkosterna målar en tydlig bild av en regional dammstorms roll i vattenflykten från Mars, rapporterar forskare. "Instrumenten ska alla berätta samma historia, och det gör de, sa Villanueva, en medlem av Trace Gas Orbiters vetenskapsteam.

Spektrometrar på den europeiska omloppsbanan upptäckte vattenånga i den lägre atmosfären innan dammstormen började. Vanligtvis, temperaturen i Mars-atmosfären blir kallare med höjden under stora delar av Mars-året, vilket innebär att vattenånga som stiger upp i atmosfären fryser på relativt låga höjder. Men när dammstormen tog fart, värma upp atmosfären högre upp, instrumenten såg vattenånga nå högre höjder. Dessa instrument hittade 10 gånger mer vatten i mellanatmosfären efter att dammstormen startade, som sammanfaller exakt med data från den infraröda radiometern på Mars Reconnaissance Orbiter.

Radiometern mätte stigande temperaturer i atmosfären när damm höjdes högt över Mars. Den såg också vatten-ismoln försvinna, som förväntat, eftersom is inte längre kunde bildas i den varmare lägre atmosfären. Bilder från MAVENs ultravioletta spektrograf bekräftar detta; de visar att före stormen 2019, ismoln kunde ses sväva ovanför de skyhöga vulkanerna i Tharsis-regionen på Mars. "Men de försvann helt när dammstormen var i full gång, " Chaffin sa, och dök upp igen efter att dammstormen tagit slut.

På högre höjder, vattenånga förväntas bryta ner till väte och syre av solens ultravioletta strålning. Verkligen, observationer från MAVEN visade detta, eftersom den fångade den övre atmosfären glödande med väte som ökade med 50% under stormen. Denna mätning överensstämde perfekt med en vattensvällning 60 miles nedan, som forskare säger var källan till väte.