Nye spor om tidlig atmosfære på Mars tyder på en våd planet, der er i stand til at understøtte liv

Ny forskning offentliggjort i Earth and Planetary Science Letters tyder på, at Mars blev født våd, med en tæt atmosfære, der tillader varme til varme oceaner i millioner af år. For at nå frem til denne konklusion udviklede forskere den første model for udviklingen af ​​Mars-atmosfæren, der forbinder de høje temperaturer, der er forbundet med Mars' dannelse i en smeltet tilstand, til dannelsen af ​​de første oceaner og atmosfæren.

Denne model viser, at - som på den moderne Jord - var vanddamp i Mars atmosfære koncentreret i den nedre atmosfære, og at den øvre atmosfære på Mars var "tør", fordi vanddampen ville kondensere ud som skyer på lavere niveauer i atmosfæren. Molekylært hydrogen (H₂ ), derimod kondenserede den ikke og blev transporteret til den øvre atmosfære af Mars, hvor den blev tabt til rummet. Denne konklusion – at vanddamp kondenserede og blev tilbageholdt på den tidlige Mars, hvorimod molekylært brint ikke kondenserede og undslap – gør det muligt for modellen at blive knyttet direkte til målinger foretaget af rumfartøjer, specifikt Mars Science Laboratory-roveren Curiosity.

"Vi mener, at vi har modelleret et overset kapitel i Mars' tidligste historie i tiden umiddelbart efter planetens dannelse. For at forklare dataene må den oprindelige Mars atmosfære have været meget tæt (mere end ~1000 gange så tæt som den moderne atmosfære) og sammensat primært af molekylært hydrogen (H₂ )," sagde Kaveh Pahlevan, forsker ved SETI Institute.

"Dette fund er væsentligt, fordi H₂ er kendt for at være en stærk drivhusgas i tætte miljøer. Denne tætte atmosfære ville have frembragt en stærk drivhuseffekt, hvilket ville have gjort det muligt for meget tidligt varmt-til-varmt vand have at være stabile på Mars-overfladen i millioner af år indtil H₂ blev gradvist tabt til rummet. Af denne grund udleder vi, at - på et tidspunkt før Jorden selv var dannet - blev Mars født våd."

Dataene, der begrænser modellen, er deuterium-til-brint (D/H)-forholdet (deuterium er den tunge isotop af brint) af forskellige Mars-prøver, inklusive Mars-meteoritter og dem, der er analyseret af Curiosity. Meteoritter fra Mars er for det meste magmatiske bjergarter - de blev dannet, da det indre af Mars smeltede, og magmaen steg op mod overfladen. Vandet opløst i disse indre (kappe-afledte) magmatiske prøver har et deuterium-til-brint-forhold svarende til det i Jordens oceaner, hvilket indikerer, at de to planeter startede med lignende D/H-forhold, og at deres vand kom fra samme kilde i det tidlige solsystem.

I modsætning hertil målte Curiosity D/H-forholdet for et gammelt 3 milliarder år gammelt ler på Mars-overfladen og fandt ud af, at denne værdi er ~3x den for Jordens oceaner. Tilsyneladende havde overfladevandsreservoiret på Mars - hydrosfæren - på det tidspunkt, hvor disse gamle ler dannedes, væsentligt koncentreret deuterium i forhold til brint. Den eneste proces, der er kendt for at frembringe dette niveau af deuteriumkoncentration (eller "berigelse"), er præferentielt tab af den lettere H-isotop til rummet.

Modellen viser yderligere, at hvis Mars atmosfære var H₂ -rig på tidspunktet for dannelsen (og mere end ~1000x så tæt som i dag), så ville overfladevandet naturligt være beriget med deuterium med en faktor på 2-3x i forhold til det indre, hvilket gengiver observationerne. Deuterium foretrækker opdeling i vandmolekylet i forhold til molekylært hydrogen (H₂ ), som fortrinsvis optager almindelig brint og undslipper fra toppen af ​​atmosfæren.

"Dette er den første offentliggjorte model, der naturligt gengiver disse data, hvilket giver os en vis tillid til, at det atmosfæriske evolutionære scenarie, vi har beskrevet, svarer til tidlige begivenheder på Mars," sagde Pahlevan.

Bortset fra nysgerrighed om de tidligste miljøer på planeterne, H₂ -rige atmosfærer er vigtige i SETI-instituttets søgen efter liv hinsides Jorden. Eksperimenter, der går tilbage til midten af ​​det 20. århundrede viser, at præbiotiske molekyler, der er impliceret i livets oprindelse, let dannes i sådan H₂ -rige atmosfærer, men ikke så let i H₂ -dårlige (eller mere "oxiderende") atmosfærer. Implikationen er, at tidlig Mars var en varm version af moderne Titan og mindst lige så lovende et sted for livets oprindelse, som den tidlige Jord var, hvis ikke mere lovende. + Udforsk yderligere

Hjælp NASA-forskere med at finde skyer på Mars