Escape from Mars:Hvordan vand flygtede fra den røde planet

Mars havde engang oceaner, men er nu knogletør, efterlader mange til at undre sig over, hvordan vandet gik tabt. University of Arizona forskere har opdaget en overraskende stor mængde vand i den øvre atmosfære på Mars, hvor det hurtigt bliver ødelagt, forklarer en del af dette Mars-mysterium.

Shane Stone, en kandidatstuderende i UArizona Lunar and Planetary Laboratory og hovedforfatter til et nyt papir offentliggjort i dag i Videnskab , beskriver sig selv som planetkemiker. Engang en laboratoriekemiker, der hjalp med at udvikle polymerer, der kunne bruges til at pakke og levere terapeutiske lægemidler mere effektivt, han studerer nu planetatmosfærers kemi.

Siden 2014 har han har arbejdet på NASA MAVEN-missionen, forkortelse for Mars Atmosphere og Volatile Evolution. MAVEN-rumfartøjet begyndte at kredse om Mars i 2014 og har registreret sammensætningen af ​​den øvre atmosfære af Jordens planetariske nabo lige siden.

"Vi ved, at for milliarder af år siden, der var flydende vand på overfladen af ​​Mars, " sagde Stone. "Der må have været en tykkere atmosfære, så vi ved, at Mars på en eller anden måde mistede størstedelen af ​​sin atmosfære til rummet. MAVEN forsøger at karakterisere de processer, der er ansvarlige for dette tab, og en del af det er at forstå præcis, hvordan Mars mistede sit vand."

Medforfattere til undersøgelsen inkluderer Roger Yelle, en UArizona-professor i planetvidenskab og Stones forskningsrådgiver, samt forskere fra NASA Goddard Space Flight Center og Center for Research and Exploration in Space Science and Technology i Maryland.

Holder øje med vand

Mens MAVEN kredser om Mars, det dykker ned i planetens atmosfære hver 4 1/2 time. Det indbyggede NGIMS-instrument, forkortelse for Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, har målt mængden af ​​ladede vandmolekyler kaldet ioner i den øvre Mars atmosfære, omkring 100 miles fra planetens overflade. Ud fra disse oplysninger, Forskere kan udlede, hvor meget vand der er til stede i atmosfæren.

Tidligere observationer med MAVEN og Hubble-rumteleskopet viste, at tab af vand fra Mars øvre atmosfære varierer med årstiderne. Sammenlignet med Jorden, Mars tager en mere oval-formet vej rundt om solen og er tættest på den om sommeren på Mars sydlige halvkugle.

Stone og hans team fandt ud af, at når Mars er nærmest solen, planeten varmer, og mere vand - fundet på overfladen i form af is - bevæger sig fra overfladen til den øvre atmosfære, hvor det går tabt til rummet. Dette sker en gang hvert Mars-år eller cirka hvert andet jordår. De regionale støvstorme, der opstår på Mars hvert Mars-år, og de globale støvstorme, der opstår over hele planeten omkring en gang hvert 10. år, fører til yderligere opvarmning af atmosfæren og en stigning i vandets opadgående bevægelse.

De processer, der gør denne cykliske bevægelse mulig, modsiger det klassiske billede af vandflugt fra Mars, viser, at den er ufuldstændig, sagde Stone. Ifølge den klassiske proces, vandis omdannes til en gas og ødelægges af solens stråler i den lavere atmosfære. denne proces, imidlertid, ville spille som en langsom, konstant rislen, upåvirket af årstiderne eller støvstorme, som ikke stemmer overens med aktuelle observationer.

"Dette er vigtigt, fordi vi overhovedet ikke forventede at se noget vand i den øvre atmosfære på Mars, " sagde Stone. "Hvis vi sammenligner Mars med Jorden, vand på Jorden er begrænset tæt på overfladen på grund af noget, der kaldes hygropause. Det er bare et lag i atmosfæren, der er koldt nok til at kondensere (og derfor stoppe) enhver vanddamp, der rejser opad."

Holdet hævder, at vandet bevæger sig forbi det, der burde være Mars' hygropause, som sandsynligvis er for varmt til at stoppe vanddampen. En gang i den øvre atmosfære, vandmolekyler nedbrydes meget hurtigt af ioner - inden for fire timer, de beregner - og biprodukterne går så tabt til rummet.

"Tabet af sin atmosfære og vand til rummet er en væsentlig årsag til, at Mars er kold og tør sammenlignet med varm og våd Jord. Disse nye data fra MAVEN afslører en proces, hvorved dette tab stadig sker i dag, " sagde Stone.

En tør og støvet verden

Da holdet ekstrapolerede deres resultater 1 milliard år tilbage, de fandt ud af, at denne proces kan forklare tabet af et globalt hav på omkring 17 tommer dybt.

"Hvis vi tog vand og spredte det jævnt over hele Mars' overflade, at hav af vand tabt til rummet på grund af den nye proces, vi beskriver, ville være over 17 tommer dybt, " sagde Stone. "Yderligere 6,7 tommer ville gå tabt udelukkende på grund af virkningerne af globale støvstorme."

Under globale støvstorme, 20 gange mere vand kan transporteres til den øvre atmosfære. For eksempel, en global støvstorm, der varer 45 dage, frigiver den samme mængde vand til rummet, som Mars ville miste i løbet af et roligt Mars-år, eller 687 jorddage.

Og mens Stone og hans team ikke kan ekstrapolere længere tilbage end 1 milliard år, han mener, at denne proces sandsynligvis ikke fungerede på samme måde før det, fordi Mars måske har haft en stærkere hygropause for længe siden.

"Før den proces, vi beskriver, begyndte at fungere, der må allerede have været en betydelig mængde atmosfærisk flugt til rummet, " sagde Stone. "Vi mangler stadig at fastlægge virkningen af ​​denne proces, og hvornår den begyndte at fungere."

I fremtiden, Stone vil gerne studere atmosfæren på Saturns måne, Titan.

"Titan har en interessant atmosfære, hvor organisk kemi spiller en væsentlig rolle, " sagde Stone. "Som en tidligere syntetisk organisk kemiker, Jeg er ivrig efter at undersøge disse processer."