Nye MAVEN-fund afslører, hvordan Mars-atmosfæren gik tabt til rummet

Solvind og stråling er ansvarlige for at fjerne Mars atmosfære, at transformere Mars fra en planet, der kunne have understøttet liv for milliarder af år siden, til en kold ørkenverden, ifølge nye resultater fra NASA's MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission) rumfartøj ledet af University of Colorado Boulder.

"Vi har fastslået, at det meste af den gas, der nogensinde er til stede i Mars -atmosfæren, er gået tabt til rummet, "sagde Bruce Jakosky, hovedefterforsker for MAVEN og professor ved Laboratoriet for Atmosfærisk og Rumfysik (LASP). "Holdet tog denne beslutning ud fra det seneste resultat, som afslører, at omkring 65 procent af det argon, der nogensinde har været i atmosfæren, er gået tabt til rummet."

Jakosky er hovedforfatter på et papir om denne forskning, der skal publiceres i Videnskab på fredag. Marek Slipski, en LASP kandidatstuderende, var medforfatter til undersøgelsen.

MAVEN-teammedlemmer havde tidligere annonceret målinger, der viste, at atmosfærisk gas blev tabt til rummet, og det beskrev de processer, hvorved atmosfæren blev fjernet. Den foreliggende analyse bruger målinger af nutidens atmosfære til at give det første skøn over, hvor meget gas der er blevet fjernet gennem tiden.

Flydende vand, afgørende for livet, er ikke stabil på Mars 'overflade i dag, fordi atmosfæren er for kold og tynd til at understøtte den. Imidlertid, beviser såsom træk, der ligner tørre flodsenge og mineraler, der kun dannes i nærvær af flydende vand, indikerer, at det gamle Mars klima var meget anderledes - varmt nok til, at vandet kunne flyde på overfladen i længere perioder.

Der er mange måder, hvorpå en planet kan miste noget af sin atmosfære. For eksempel, kemiske reaktioner kan låse gas væk i overfladeklipper, eller en atmosfære kan blive eroderet af stråling og vind fra planetens forældre stjerne. Det nye resultat afslører, at solvind og stråling var ansvarlige for det meste af det atmosfæriske tab på Mars, og at udtømningen var nok til at transformere Mars-klimaet. Solvinden er en tynd strøm af elektrisk ledende gas, der konstant blæser fra solens overflade.

Unge stjerner har langt mere intens ultraviolet stråling og vind, så atmosfærisk tab ved disse processer var sandsynligvis meget større tidligt i Mars' historie, og disse processer kan have været de dominerende, der kontrollerer planetens klima og beboelighed, ifølge holdet. Det er muligt, at mikrobielt liv kunne have eksisteret ved overfladen tidligt i Mars' historie. Da planeten afkølede og tørrede ud, ethvert liv kunne have været drevet under jorden eller tvunget ind i lejlighedsvise eller sjældne overfladeoaser.

Jakosky og hans team fik resultatet ved at måle den atmosfæriske overflod af to forskellige isotoper af argongas. Isotoper er atomer af det samme grundstof med forskellige masser. Fordi den lettere af de to isotoper flygter lettere ud i rummet, det vil efterlade den tilbageværende gas beriget i den tungere isotop. Holdet brugte denne berigelse sammen med, hvordan den varierede med højden i atmosfæren til at vurdere, hvilken brøkdel af den atmosfæriske gas, der er gået tabt til rummet.

Som en "ædelgas" kan argon ikke reagere kemisk med noget, så det bliver ikke bundet i klipper, og den eneste proces, der kan fjerne det til rummet, er en fysisk proces, der kaldes "forstøvning" af solvinden. Ved sputtering, ioner opfanget af solvinden påvirker Mars ved høje hastigheder og fysisk slår atmosfærisk gas ud i rummet. Holdet sporede argon, fordi det kun kan fjernes ved sputtering. Når de først havde bestemt mængden af ​​argon tabt ved sputtering, de kunne bruge forstøvningseffektiviteten til at bestemme sputtertabet af andre atomer og molekyler, herunder kuldioxid (CO2).

CO2 er af interesse, fordi det er hovedbestanddelen i Mars 'atmosfære, og fordi det er en effektiv drivhusgas, der kan fastholde varme og varme planeten.

"Vi fandt ud af, at størstedelen af ​​planetens CO2 også er gået tabt til rummet ved sputtering, " sagde Jakosky. "Der er andre processer, der kan fjerne CO2, så dette giver den mindste mængde CO2, der er gået tabt til rummet."

Holdet lavede sit estimat ved hjælp af data om Mars øvre atmosfære fra MAVENs Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) instrument understøttet af målinger fra Mars overflade foretaget af NASAs Sample Analysis at Mars (SAM) instrument om bord på Curiosity roveren.

"De kombinerede målinger muliggør en bedre bestemmelse af, hvor meget Mars-argon, der er gået tabt til rummet over milliarder af år, " sagde Paul Mahaffy fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Mahaffy, en medforfatter af papiret, er hovedefterforsker på SAM-instrumentet og leder på NGIMS-instrumentet, som begge blev udviklet hos NASA Goddard.

"Brug af målinger fra begge platforme peger på værdien af ​​at have flere missioner, der foretager komplementære målinger, " sagde Mahaffy.

NASA Goddard administrerer MAVEN-projektet og MSL/Curiosity administreres af NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien.