Ostatnie obserwacje sondy Trace Gas Orbiter wskazują, że Mars traci wodę szybciej, niż wskazywały na to poprzednie badania i modele teoretyczne. Naukowcy utworzyli profile pionowe zawartości wody w atmosferze. Okazało się, że podczas wiosny i lata na południowej półkuli jest jej w najwyższych warstwach atmosfery znacznie więcej, niż przewidywano, co sprzyja jej utracie.
Geologia Czerwonej Planety wskazuje na jej wodną przeszłość. Dziś to suchy świat, z większością wody zamrożoną w czapach polarnych i jej pomijalną obecnością w atmosferze. Zwiększona koncentracja półciężkiej i ciężkiej wody na planecie (wody z atomami deuteru zamiast jednoatomowego wodoru) wspiera hipotezę o ucieczce większości wody przez dekompozycję jej cząsteczek w górnych warstwach atmosfery. Gdy cząsteczki wody sięgają wyższych warstw atmosfery, ulegają rozkładowi na atomy wodoru i tlenu poprzez działanie promieniowania ultrafioletowego Słońca. Są wtedy w stanie uzyskać energię termiczną potrzebną do pokonania marsjańskiej grawitacji. Omawiana tutaj praca, opublikowana w jednym ze styczniowych numerów czasopisma „Science” wskazuje, że proces ucieczki przebiega szybciej, niż wcześniej przewidywano i ma sezonowy charakter.
Naukowcy spojrzeli na dane z europejskiej sondy Trace Gas Orbiter i przeanalizowali, jak rozkłada się zawartość wody w atmosferze na różnych wysokościach i jak zmienia się to w czasie. Zaobserwowano kilkukrotnie nagłe wzrosty zawartości wody w najwyższych partiach atmosfery. Podczas marsjańskiego lata na półkuli północnej duże porcje atmosfery były przesycone parą wodną – zawierały jej 10–100 razy więcej, niż teoretycznie byłoby to możliwe przy danej temperaturze. Dzięki temu więcej pary wodnej znajdowało się w najbardziej narażonych na ucieczkę warstwach atmosfery. To każe przypuszczać, że również w przeszłości Marsowi było łatwiej utracić wodę, niż do tej pory myślano.
Przeczytaj też: Rzeki szalały na Marsie znacznie dłużej, niż sądzono
Duże objętości atmosfery w stanie przesycenia parą wodną potwierdzają podobne obserwacje poczynione wcześniej. Co ciekawe, woda dostaje się do wyższych partii atmosfery nawet przy dużej obecności pyłu i lodu, które powinny stanowić jądra kondensacji uniemożliwiające przesycenie na dużych wysokościach. Naukowcy podejrzewają, że tak duże zawartości pary wodnej tak wysoko w atmosferze muszą wynikać albo z nagłych spadków temperatury powietrza, albo gwałtownych wzrostów koncentracji wody, za którymi nie nadąża kondensacja.
Wyniki badań pokazują też, jak bardzo koncentracja wody zależy od zmian sezonowych na Marsie. Okazuje się, że globalne burze pyłowe mają mniejszy wpływ na zawartość wody w atmosferze niż pozycja planety na orbicie. Prawdopodobnie okres, gdy Mars znajdował się w pobliżu swojego peryhelium (czyli punktu najbliżej Słońca), sprzyjał przez bardzo długi okres czasu ucieczce wody z Marsa.
Pionowe profile zawartości wody zostały utworzone dzięki obserwacjom przysłaniania Słońca przez marsjańską atmosferę. Naukowcy użyli do tego danych z instrumentu Atmospheric Chemistry Suite (ACS) na sondzie ExoMars Trace Gas Orbiter. ACS to zestaw trzech spektrometrów działających w świetle podczerwonym. Zakresy urządzenia umożliwiają ocenę koncentracji w atmosferze dwutlenku węgla, wody, tlenku węgla, pyłu, cząsteczek tlenu i lodu wodnego. Heliosynchroniczna, prawie polarna orbita sondy TGO pozwoliła na wykonywanie dwóch obserwacji przysłaniania Słońca w ciągu 2-godzinnej orbity. Łącznie w ciągu kampanii obserwacyjnej między kwietniem 2018 i marcem 2019 roku zarejestrowano 1700 przysłonień.
Trace Gas Orbiter to europejska sonda wysłana do zbadania gazów o niskich koncentracjach w marsjańskiej atmosferze. Głównym zadaniem statku jest gromadzenie danych na temat metanu, który może być dowodem na aktywność geologiczną lub biologiczną na planecie. Sonda TGO weszła na orbitę wokół Marsa 19 października 2016 roku, a regularne obserwacje naukowe zaczęła prowadzić od 21 kwietnia 2018 roku.
Na podstawie: Science
Opracował: Rafał Grabiański
Więcej informacji:
- Stormy water on Mars: The distribution and saturation of atmospheric water during the dusty season
- strona misji sondy Trace Gas Orbiter
Na zdjęciu: Wizja artystyczna sondy Trace Gas Orbiter analizującej marsjańską atmosferę. Źródło: ESA/ATG medialab.
