Mars od dawna jawi się nam jako planeta po wielkim kataklizmie: mroźna, wysuszona i niemal całkowicie pozbawiona wody na powierzchni. Najnowsze odkrycie dowodzi jednak, iż ta spektakularna przemiana wcale nie musiała być powolnym i przewidywalnym wygasaniem.
Naukowcy złapali właśnie moment, w którym silna, ale lokalna burza pyłowa wypchnęła parę wodną wysoko w atmosferę Marsa, a chwilę później wzrósł poziom wodoru uciekającego w kosmos. Nie chodzi tu o wielką, planetarną burzę pyłową, z jakimi Mars już wcześniej kojarzono. Zespół opisał silną, zlokalizowaną i krótkotrwałą burzę w marsjańskim roku 37, czyli w latach 2022-2023 według ziemskiego kalendarza.
To właśnie ona podczas lata na północnej półkuli Marsa wyniosła niezwykle dużo pary wodnej do środkowej atmosfery, gdzie jej ilość była choćby 10 razy większa niż zwykle. Autorzy podkreślają, iż takiego zjawiska nie widziano w poprzednich latach i nie przewidywały go obowiązujące modele klimatyczne.
Do tej pory za główny sezon ucieczki wody uchodziło lato na południowej półkuli Marsa, kiedy planeta jest bliżej Słońca, atmosfera staje się bardziej zapylona i łatwiej wynosi wodę na duże wysokości. Południowe lato jest na Marsie dużo cieplejsze i bardziej dynamiczne niż północne właśnie z powodu bardziej eliptycznej orbity planety. Tymczasem nowe wyniki pokazują, iż choćby północne lato nie jest tak spokojne, jak wydawało się wcześniej, jeżeli trafi się odpowiednio gwałtowny epizod pyłowy.
Woda najpierw idzie w górę, potem się rozpada i ucieka
Jak to możliwe? Burza pyłowa ogrzewa atmosferę, bo zawieszony pył lepiej pochłania promieniowanie słoneczne. To znacząco ułatwia unoszenie pary wodnej na większe wysokości. Gdy woda trafi wystarczająco wysoko, promieniowanie słoneczne zaczyna rozbijać jej cząsteczki na tlen i wodór. A wodór, jako najlżejszy pierwiastek, może potem łatwiej uciekać w przestrzeń kosmiczną. Właśnie śledzenie uciekającego wodoru jest jednym z podstawowych sposobów badania, jak Mars tracił wodę przez miliardy lat.
W nowym badaniu po epizodzie burzowym wykryto wyraźny wzrost wodoru przy egzobazie, czyli w warstwie atmosfery będącej praktycznie przejściem między atmosferą a kosmosem. Według Tohoku University poziom wodoru wzrósł tam do 2,5 raza względem wcześniejszych lat w tym samym sezonie. To bardzo mocny trop, bo nie pokazuje tylko samego wyniesienia wody w górę, ale także kolejny etap całego procesu, a mianowicie zwiększenie szans na jej utratę.
Mars od dawna nie domykał się w bilansie wody
Mars ma na powierzchni mnóstwo śladów po swojej wodnej przeszłości: dawne doliny rzeczne, minerały zmienione przez wodę i osady sugerujące, iż kiedyś środowisko było znacznie bardziej aktywne hydrologicznie. Problem polega na tym, iż naukowcy od lat próbują policzyć, gdzie ta woda się podziała, i ten rachunek wciąż nie jest do końca zamknięty. Część wody została związana w minerałach i gruncie, część zamarzła, ale część po prostu uciekła w kosmos. Badania MAVEN i Hubble’a pozwalają mierzyć obecne tempo ucieczki wodoru i cofać te szacunki w czasie, ale przez cały czas nie wszystkie epizody utraty były dobrze zrozumiane.
Nowa praca jest istotna właśnie dlatego, iż dodaje do tego bilansu nowy, wcześniej niedoceniany kanał. Autorzy sugerują, iż krótkie, intensywne i regionalne burze mogą mieć znaczenie większe, niż sądzono, bo nie trzeba już czekać na najpotężniejsze, globalne burze pyłowe, żeby uruchomić mechanizm wynoszenia wody ku górnym warstwom atmosfery. To oznacza, iż całkowita utrata wody przez Marsa mogła być bardziej poszarpana i epizodyczna, ale zarazem częstsza, niż wynikało z prostszych modeli.
W odkrycie zamieszane są aż trzy misje orbitujące wokół Marsa
To odkrycie nie wzięło się z jednego instrumentu. Zespół korzystał z danych z europejskiego Trace Gas Orbiter w ramach ExoMars, z NASA-owskiego Mars Reconnaissance Orbiter oraz z Emirates Mars Mission. Szczególnie istotny był instrument NOMAD na pokładzie TGO, bo ESA już wcześniej podkreślała, iż pozwala on śledzić pionowy rozkład pary wodnej od okolic powierzchni aż do wysokości przekraczających 80 km oraz badać wpływ pyłu na transport wody i ucieczkę wodoru. Dzięki połączeniu kilku zestawów obserwacji badacze mogli zobaczyć nie tylko samą burzę, ale cały łańcuch skutków atmosferycznych po niej.
To też dobrze pokazuje, w jaki sposób robi się dziś planetologię. Jedna misja widzi strukturę pyłu, druga rozkład wody, trzecia zachowanie wodoru przy górnej granicy atmosfery. Dopiero złożenie tych danych w jedną całość daje obraz procesu, który pojedynczo wyglądałby tylko jak seria dziwnych odchyleń. Właśnie dlatego nowa praca nie jest po prostu kolejną notką o burzy na Marsie, tylko ważnym krokiem w rozumieniu całej ewolucji klimatycznej planety.
Najmocniej zaskakuje to, iż mówimy o zjawisku występującym poza sezonem. Sam tytuł publikacji mówi o utracie wody poza okresem, w którym badacze zwykle spodziewali się takiego procesu. To znaczy, iż Mars może być bardziej kapryśny, niż wcześniej myśleliśmy: południowe lato, dużo pyłu, dużo wynoszenia wody. Teraz okazuje się, iż wystarczy odpowiednio silna lokalna burza w mniej oczywistym momencie roku, by uruchomić podobny mechanizm.