Dlaczego czerwona planeta utraciła szansę na życie
Na Marsie był ogromny ocean, ale zniknął. Co się stało?
To zdumiewające, ale kiedyś, w tak zwanym okresie noachijskim – 4,1 do 3,7 miliarda lat temu – Mars miał tyle wody, że mogła ona pokryć całą planetę oceanem o głębokości 140 m. I tak duży ocean na Marsie był, jednak nie obejmował całej planety, lecz przede wszystkim jej biegun północny. Zajmował niemal połowę północnej półkuli Marsa – ok. 19 proc. powierzchni globu (dla porównania: Atlantyk pokrywa 17 proc. powierzchni Ziemi) – i sięgał w niektórych miejscach na głębokość niemal dwóch kilometrów. Dawno dawno temu, kilkaset milionów lat po powstaniu, Mars mógł być prawdziwym rajem, stosunkowo ciepłym i wilgotnym, z oceanem, jeziorami i rzekami. Naukowcy z kilku wiodących astronomicznych obserwatoriów na świecie mają teraz dowody na to, że tak raczej było.
Niestety, dzisiaj Mars jest jałową i zimną pustynią ze śladową atmosferą. Wydaje się całkowicie martwy – i raczej taki jest – a woda istnieje na nim tylko pod postacią lodu, głównie w czapach biegunowych, pod powierzchnią i w niewielkich ilościach w atmosferze. Co się stało?
Mars jest zbyt mały, by mógł wytwarzać własne trwałe pole magnetyczne, a co za tym idzie magnetosferę, chroniącą planetę przed rozpędzonymi cząstkami wiatru słonecznego. Ziemia i kilka innych planet Układu Słonecznego takie magnetosfery posiadają. Zakrzywiają one tory cząstek wiatru słonecznego i stanowią barierę ochronną przed nimi. Mars nie wytworzył magnetosfery, w związku z tym cząstki słoneczne, uderzając w cząstki atmosfery, nadawały im dużą energię. Ta energia pozwalała cząstkom atmosfery ulatywać w kosmos – w rezultacie czerwona planeta została niemal całkowicie atmosfery pozbawiona. Bez niej woda w stanie płynnym na Marsie nie mogła się utrzymać. Też odpłynęła w kosmos.
Obecnie uczeni pracujący przy europejskim Very Large Telescope w Chile oraz w Keck Observatory, a także w NASA Infrared Telescope Facility na Hawajach obliczyli, jak duży był pierwotny ocean na Marsie, nim nastąpiła katastrofa. Zbadali to, analizując ślady wody w wątłej pozostałości atmosferycznej Marsa nad północnym biegunem. Otóż stwierdzili, że ślady wody odnajdywane w marsjańskiej atmosferze mają wysoką nadwyżkę deuteru, czyli że jest tam stosunkowo dużo tzw. ciężkiej wody, zawierającej nie dwa atomy wodoru, jak zwykła woda, lecz jeden atom wodoru i jeden deuteru, który jest wodorowym izotopem.
W oceanach Ziemi stosunek molekuł wody zwykłej (H2O) do ciężkiej (HDO) wynosi 3200 do 1. W dzisiejszej wodzie marsjańskiej obecnej nad biegunem północnym deuteru jest aż osiem razy więcej.
Woda z ciężkim deuterem nie uchodziła z Marsa w przestrzeń kosmiczną tak łatwo jak woda zwykła, stąd sporo jej tam jeszcze zostało. Ale analizując, ile deuteru pozostało do dzisiaj w śladach wody marsjańskiej, uczeni byli w stanie oszacować, ile wody w ogóle było na Marsie kiedyś (możliwość ta wynika z wcześniejszych ustaleń dotyczących ogólnego stosunku deuteru do wodoru w całym Układzie Słonecznym). A było jej w pierwotnym oceanie ok. 20 milionów kilometrów sześciennych. To więcej niż w ziemskim Oceanie Arktycznym.
Niestety, gdy niemal przestała istnieć atmosfera, wkrótce odparowała też woda, a Mars znacznie ochłódł, zamarzł i wysechł. Mimo to jakieś proste życie mogło się na nim narodzić w okresie noachijskim i może nawet gdzieś przetrwać w śladowych ilościach. I właśnie tych śladów, niegdysiejszego lub wciąż jeszcze obecnego życia, wciąż na Marsie poszukujemy.
***
Wyniki tych badań zostały zaprezentowane w najnowszym wydaniu czasopisma „Science” z datą 5 marca 2015 r.