En 3D-rendering av en blå våt planet. Kredit:Planet Volumes/Anodé på Unsplash
Ny forskning publicerad i Earth and Planetary Science Letters tyder på att Mars föddes våt, med en tät atmosfär som tillåter varma till heta hav i miljontals år. För att nå denna slutsats utvecklade forskare den första modellen för utvecklingen av Mars atmosfär som kopplar samman de höga temperaturer som är förknippade med Mars bildning i smält tillstånd till bildandet av de första haven och atmosfären.
Denna modell visar att – liksom på den moderna jorden – var vattenånga i Mars atmosfär koncentrerad till den nedre atmosfären och att den övre atmosfären på Mars var "torr" eftersom vattenångan skulle kondensera ut som moln på lägre nivåer i atmosfären. Molekylärt väte (H2 ), däremot kondenserades inte och transporterades till den övre atmosfären på Mars, där den förlorades till rymden. Denna slutsats – att vattenånga kondenserades och hölls kvar på tidig Mars medan molekylärt väte inte kondenserade och flydde – gör att modellen kan kopplas direkt till mätningar gjorda av rymdfarkoster, närmare bestämt Mars Science Laboratory-rovern Curiosity.
"Vi tror att vi har modellerat ett förbisett kapitel i Mars tidigaste historia under tiden omedelbart efter att planeten bildades. För att förklara uppgifterna måste den ursprungliga Mars atmosfären ha varit mycket tät (mer än ~1000 gånger så tät som den moderna atmosfären) och sammansatt främst av molekylärt väte (H2 ), säger Kaveh Pahlevan, forskare vid SETI-institutet.
"Detta fynd är viktigt eftersom H2 är känd för att vara en stark växthusgas i täta miljöer. Denna täta atmosfär skulle ha producerat en stark växthuseffekt, vilket gör att mycket tidiga hav med varmt till hett vatten kan vara stabila på Mars yta i miljontals år fram till H2 försvann gradvis till rymden. Av denna anledning drar vi slutsatsen att - vid en tidpunkt innan jorden själv hade bildats - föddes Mars våt."
De data som begränsar modellen är förhållandet deuterium-till-väte (D/H) (deuterium är den tunga isotopen av väte) för olika marsprover, inklusive marsmeteoriter och de som analyserats av Curiosity. Meteoriter från Mars är mestadels magmatiska bergarter - de bildades när Mars inre smälte och magman steg upp mot ytan. Vattnet som är löst i dessa inre (av manteln härledda) magmatiska prover har ett deuterium-till-väte-förhållande som liknar det i jordens hav, vilket indikerar att de två planeterna började med liknande D/H-förhållanden och att deras vatten kom från samma källa i det tidiga solsystemet.
Däremot mätte Curiosity D/H-förhållandet för en gammal 3 miljarder år gammal lera på Mars-ytan och fann att detta värde är ~3x det för jordens hav. Tydligen, när dessa forntida leror bildades, hade ytvattenreservoaren på Mars - hydrosfären - väsentligt koncentrerat deuterium i förhållande till väte. Den enda processen som är känd för att producera denna nivå av deuteriumkoncentration (eller "anrikning") är preferentiell förlust av den lättare H-isotopen till rymden.
Modellen visar vidare att om Mars atmosfär var H2 -rik vid tidpunkten för dess bildande (och mer än ~1000x så tät som idag), då skulle ytvattnet naturligt anrikas på deuterium med en faktor på 2–3x i förhållande till det inre, vilket återskapar observationerna. Deuterium föredrar att delas in i vattenmolekylen i förhållande till molekylärt väte (H2 ), som företrädesvis tar upp vanligt väte och flyr från toppen av atmosfären.
"Detta är den första publicerade modellen som naturligt återger dessa data, vilket ger oss en viss förtroende för att det atmosfäriska evolutionära scenariot som vi har beskrivit motsvarar tidiga händelser på Mars," sa Pahlevan.
Bortsett från nyfikenhet om de tidigaste miljöerna på planeterna, H2 -rika atmosfärer är viktiga i SETI-institutets sökande efter liv bortom jorden. Experiment som går tillbaka till mitten av 1900-talet visar att prebiotiska molekyler som är inblandade i livets uppkomst lätt formas i sådana H2 -rika atmosfärer men inte så lätt i H2 -dåliga (eller mer "oxiderande") atmosfärer. Innebörden är att tidiga Mars var en varm version av modern Titan och en minst lika lovande plats för livets ursprung som den tidiga jorden var, om inte mer lovande. + Utforska vidare
