Nyt indblik i, hvor meget atmosfære Mars mistede

Et nøglespor, der bruges til at vurdere, hvor meget atmosfære Mars tabt kan ændre sig afhængigt af tidspunktet på dagen og overfladetemperaturen på den røde planet, ifølge nye observationer fra NASA-finansierede forskere. Tidligere målinger af dette sporstof - isotoper af ilt - har været væsentligt uenige. En nøjagtig måling af dette sporstof er vigtigt for at vurdere, hvor meget atmosfære Mars engang havde, før den gik tabt, som afslører, om Mars kunne have været beboelig, og hvordan forholdene kunne have været.

Mars er en forkølelse, ugæstfri ørken i dag, men træk som tørre flodsenge og mineraler, der kun dannes med flydende vand, indikerer, at det for længe siden havde en tyk atmosfære, der holdt på nok varme til, at flydende vand - en nødvendig ingrediens for liv - kunne flyde på overfladen. Det ser ud til, at Mars mistede meget af sin atmosfære i løbet af milliarder af år, at transformere sit klima fra et, der kunne have understøttet livet til nutidens udtørrede og frosne miljø, ifølge resultater fra NASA-missioner som MAVEN og Curiosity og går tilbage til vikingemissionerne i 1976.

Imidlertid, mange mysterier om den røde planets gamle atmosfære er tilbage. "Vi ved, at Mars havde mere atmosfære. Vi ved, at den havde strømmende vand. Vi har ikke et godt skøn for forholdene udover det - hvor jordlignende var Mars-miljøet? Hvor længe?" sagde Timothy Livengood fra University of Maryland, College Park og NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Livengood er hovedforfatter til et papir om denne forskning offentliggjort online i Icarus 1. august.

En måde at vurdere, hvor tyk Mars oprindelige atmosfære var, er at se på isotoper af ilt. Isotoper er versioner af et grundstof med forskellig masse på grund af antallet af neutroner i atomkernen. Lettere isotoper flygter hurtigere ud i rummet end tungere isotoper, så atmosfæren, der forbliver på planeten, bliver gradvist beriget i den tungere isotop. I dette tilfælde, Mars er beriget sammenlignet med Jorden i den tungere isotop ilt, 18O, kontra den lettere og meget mere almindelige 16O. Den målte relative mængde af hver isotop kan bruges til at estimere, hvor meget mere atmosfære der var på oldtidens Mars, i kombination med et skøn over, hvor meget hurtigere lighteren 16O slipper ud, og antager, at den relative mængde af hver isotop på Jorden og Mars engang var ens.

Problemet er, at målinger af mængden af ​​18O sammenlignet med 16O på Mars, forholdet 18O/16O, ikke har været konsekvente. Forskellige missioner målte forskellige forhold, hvilket resulterer i forskellige forståelser af den gamle Mars atmosfære. Det nye resultat giver en mulig måde at løse denne uoverensstemmelse ved at vise, at forholdet kan ændre sig i løbet af Marsdagen. "Tidligere målinger på Mars eller fra Jorden har opnået en række forskellige værdier for isotopforholdet, " sagde Livengood. "Vores er de første målinger, der bruger en enkelt metode på en måde, der viser, at forholdet faktisk varierer inden for en enkelt dag, snarere end sammenligninger mellem uafhængige enheder. I vores målinger, Isotopforholdet varierer fra at være omkring 9% udtømt i tunge isotoper ved middagstid på Mars til at være omkring 8% beriget med tunge isotoper omkring kl. 13:30 sammenlignet med de isotopforhold, der er normale for Jordens ilt."

Dette interval af isotopforhold er i overensstemmelse med de andre rapporterede målinger. "Vores målinger tyder på, at det tidligere arbejde kan være udført korrekt, men var uenige, fordi dette aspekt af atmosfæren er mere komplekst, end vi havde indset, " sagde Livengood. "Afhængig af hvor på Mars målingen blev foretaget, og hvornår på dagen på Mars, det er muligt at få forskellige værdier."

Teamet mener, at ændringen i forhold i løbet af dagen er en rutinemæssig hændelse på grund af jordtemperaturen, hvor de isotopisk tungere molekyler ville holde sig til kolde overfladekorn om natten mere end de lettere isotoper, derefter frigøres (termisk desorberer), når overfladen varmes op i løbet af dagen.

Da Mars atmosfære for det meste er kuldioxid (CO ₂ ), hvad holdet faktisk observerede var oxygenisotoper knyttet til kulstofatomer i CO ₂ molekyle. De foretog deres observationer af Mars-atmosfæren med NASAs infrarøde teleskopanlæg på Mauna Kea, Hawaii, ved hjælp af Heterodyne Instrument for Planetary Winds and Composition udviklet hos NASA Goddard. "Mens vi forsøgte at forstå den brede spredning i estimerede isotopforhold, som vi hentede fra observationerne, vi bemærkede, at de var korreleret med overfladetemperaturen, som vi også opnåede, " sagde Livengood. "Det var den indsigt, der satte os på denne vej."

Det nye arbejde vil hjælpe forskere med at forfine deres skøn over den gamle Mars-atmosfære. Fordi målingerne nu kan forstås at være i overensstemmelse med resultaterne af sådanne processer i andre planeters atmosfærer, det betyder, at de er på rette vej til at forstå, hvordan Mars-klimaet ændrede sig. "Det viser, at det atmosfæriske tab skyldes processer, som vi mere eller mindre forstår, " sagde Livengood. "Kritiske detaljer mangler at blive udarbejdet, men det betyder, at vi ikke behøver at påberåbe os eksotiske processer, der kunne have resulteret i at fjerne CO ₂ uden at ændre isotopforholdene, eller blot at ændre nogle forhold i andre elementer."