ExoMars opdager ny gas og sporer vandtab på Mars

Havsalt indlejret i den støvede overflade af Mars og løftet op i planetens atmosfære har ført til opdagelsen af ​​hydrogenchlorid - første gang ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter har opdaget en ny gas. Rumfartøjet giver også nye oplysninger om, hvordan Mars mister sit vand.

En stor søgen i Mars-udforskningen er på jagt efter atmosfæriske gasser forbundet med biologisk eller geologisk aktivitet, såvel som at forstå planetens tidligere og nuværende vandbeholdning, at afgøre, om Mars nogensinde kunne have været beboelig, og om nogen vandreservoirer kunne være tilgængelige for fremtidig menneskelig udforskning. To nye resultater fra ExoMars-holdet offentliggjort i dag i Videnskabens fremskridt afsløre en helt ny klasse af kemi og give yderligere indsigt i sæsonbestemte ændringer og overflade-atmosfære-interaktioner som drivkræfter bag de nye observationer.

En ny kemi

"Vi har opdaget hydrogenchlorid for første gang på Mars. Dette er den første påvisning af en halogengas i atmosfæren på Mars, og repræsenterer et nyt kemisk kredsløb at forstå, siger Kevin Olsen fra University of Oxford, Storbritannien, en af ​​de ledende videnskabsmænd bag opdagelsen.

Hydrogenchlorid gas, eller HCl, omfatter et hydrogen- og chloratom. Mars-forskere var altid på udkig efter klor- eller svovlbaserede gasser, fordi de er mulige indikatorer for vulkansk aktivitet. Men arten af ​​hydrogenchloridobservationerne - det faktum, at det blev opdaget meget fjerne steder på samme tid, og manglen på andre gasser, der ville forventes fra vulkansk aktivitet - peger på en anden kilde. Det er, opdagelsen antyder en helt ny overflade-atmosfære-interaktion drevet af støvsæsonerne på Mars, som ikke tidligere var blevet udforsket.

I en proces meget lig den, man ser på Jorden, salte i form af natriumchlorid - rester af fordampede oceaner og indlejret i Mars' støvede overflade - løftes op i atmosfæren af ​​vinde. Sollys opvarmer atmosfæren og forårsager støv, sammen med vanddamp frigivet fra iskapperne, at rejse sig. Det salte støv reagerer med atmosfærisk vand for at frigive klor, som selv derefter reagerer med molekyler indeholdende brint for at danne hydrogenchlorid. Yderligere reaktioner kunne se det klor- eller saltsyrerige støv vende tilbage til overfladen, måske som perklorater, en klasse af salt lavet af ilt og klor.

"Du har brug for vanddamp for at frigøre klor, og du har brug for biprodukterne af vand - brint - for at danne hydrogenchlorid. Vand er afgørende i denne kemi, " siger Kevin. "Vi observerer også en sammenhæng med støv:vi ser mere hydrogenchlorid, når støvaktiviteten stiger, en proces forbundet med sæsonopvarmningen af ​​den sydlige halvkugle."

Holdet opdagede første gang gassen under den globale støvstorm i 2018, observerer det optræde samtidigt på både den nordlige og sydlige halvkugle, og oplevede dens overraskende hurtige forsvinden igen i slutningen af ​​sæsonens støvede periode. De ser allerede på de data, der er indsamlet i løbet af den følgende støvsæson, og ser HCl stige igen.

"Det er utroligt givende at se vores følsomme instrumenter detektere en aldrig før set gas i atmosfæren på Mars, " siger Oleg Korablev, hovedefterforsker af Atmospheric Chemistry Suite-instrumentet, der gjorde opdagelsen. "Vores analyse forbinder genereringen og tilbagegangen af ​​hydrogenchloridgassen til Mars overflade."

Omfattende laboratorietest og nye globale atmosfæriske simuleringer vil være nødvendige for bedre at forstå den klor-baserede overflade-atmosfære interaktion, sammen med fortsatte observationer på Mars for at bekræfte, at stigningen og faldet af HCl er drevet af sommeren på den sydlige halvkugle.

"Opdagelsen af ​​den første nye sporgas i atmosfæren på Mars er en vigtig milepæl for Trace Gas Orbiter-missionen, siger Håkan Svedhem, ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter-projektforsker. "Dette er den første nye gasklasse opdaget siden den hævdede observation af metan af ESA's Mars Express i 2004, som motiverede søgen efter andre organiske molekyler og i sidste ende kulminerede i udviklingen af ​​Trace Gas Orbiter-missionen, hvor det primære mål er at opdage nye gasser."

Stigende vanddamp rummer spor til klimaudviklingen

Samt nye gasser, Trace Gas Orbiter forfiner vores forståelse af, hvordan Mars mistede sit vand - en proces, der også er forbundet med sæsonbestemte ændringer.

Flydende vand menes engang at have strømmet hen over overfladen af ​​Mars, som det fremgår af de talrige eksempler på gamle udtørrede dale og flodkanaler. I dag, det er for det meste spærret inde i iskapperne og begravet under jorden. Mars lækker stadig vand i dag, i form af brint og ilt, der slipper ud af atmosfæren.

At forstå samspillet mellem potentielle vandførende reservoirer og deres sæsonbestemte og langsigtede adfærd er nøglen til at forstå udviklingen af ​​klimaet på Mars. Dette kan gøres gennem studiet af vanddamp og 'halvtungt' vand (hvor et brintatom er erstattet af et deuteriumatom, en form for brint med en ekstra neutron).

"Forholdet mellem deuterium og brint, D/H, er vores kronometer - en kraftfuld metrik, der fortæller os om historien om vand på Mars, og hvordan vandtabet udviklede sig over tid. Takket være ExoMars Trace Gas Orbiter, vi kan nu bedre forstå og kalibrere dette kronometer og teste for potentielle nye reservoirer af vand på Mars, " siger Geronimo Villanueva fra NASAs Goddard Space Flight Center og hovedforfatter af det nye resultat.

"Med Trace Gas Orbiter kan vi se vandisotopologernes vej, når de stiger op i atmosfæren med et detaljeringsniveau, som ikke tidligere var muligt. Tidligere målinger gav kun gennemsnittet over hele atmosfærens dybde. Det er som om, vi kun havde en 2D-visning før, nu kan vi udforske atmosfæren i 3D, " siger Ann Carine Vandaele, hovedefterforsker af instrumentet Nadir and Occultation for MARs Discovery (NOMAD), der blev brugt til denne undersøgelse.

De nye målinger afslører dramatisk variation i D/H med højde og årstid, når vandet stiger fra sin oprindelige placering." dataene viser, at når vandet er helt fordampet, det udviser for det meste en almindelig stor berigelse i halvtungt vand, og et D/H-forhold seks gange større end Jordens på tværs af alle reservoirer på Mars, bekræfter, at store mængder vand er gået tabt over tid, " siger Giuliano Liuzzi fra American University og NASAs Goddard Space Flight Center og en af ​​de ledende videnskabsmænd i undersøgelsen.

ExoMars-data indsamlet mellem april 2018 og april 2019 viste også tre tilfælde, der accelererede vandtab fra atmosfæren:den globale støvstorm i 2018, en kort, men intens regional storm i januar 2019, og vandudslip fra den sydlige polare iskappe i sommermånederne forbundet med sæsonbestemte ændringer. Særligt bemærkelsesværdigt er en bølge af stigende vanddamp i løbet af den sydlige sommer, som potentielt ville injicere vand i den øvre atmosfære på sæson- og årsbasis.

Fremtidige koordinerede observationer med andre rumfartøjer inklusive NASAs MAVEN, som fokuserer på den øvre atmosfære, vil give supplerende indsigt i vandets udvikling i løbet af marsåret.

"De skiftende årstider på Mars, og især den relativt varme sommer på den sydlige halvkugle synes at være drivkraften bag vores nye observationer, såsom det øgede atmosfæriske vandtab og støvaktiviteten forbundet med påvisning af hydrogenchlorid, som vi ser i de to seneste undersøgelser, " tilføjer Håkan. "Trace Gas Orbiter-observationer gør det muligt for os at udforske Mars-atmosfæren som aldrig før."