Czapa pełna wody
Nie mniejsze poruszenie doniesienie NASA wywołało wśród naukowców. Skąd na Marsie woda w stanie ciekłym? Prawie wszystkie zdjęcia przysyłane od 1965 r. przez kosmiczne sondy ukazywały tereny tak suche jak ziemskie pustynie. Jedynym wyjątkiem były obszary podbiegunowe, przykryte czapami z lodu wodnego wymieszanego z zestalonym dwutlenkiem węgla. Wąwozy odkryte przez MGS były jednak z dala od biegunów. Co więcej, ciśnienie atmosferyczne jest na Marsie stukrotnie mniejsze niż na Ziemi, a w tych warunkach woda wrze w temperaturze niewiele wyższej od zera. Nawet gdyby pojawiło się jakieś jej źródło, nie popłynęłaby więc, lecz gwałtownie wyparowała.
Zagadki wąwozów nie udało się rozwiązać, ale dzięki nim powróciło pytanie o wodę na Marsie. Czy Czerwona Planeta jest naprawdę sucha? Czy woda była kiedyś na niej w stanie ciekłym? Jeżeli tak, to jak długo się utrzymywała? I co się z nią stało? Dane, zebrane przez amerykańskie lądowniki Spirit, Opportunity i Phoenix oraz sondy MGS, Odyssey i Mars Reconnaisance Orbiter (MRO), którym sekundował europejski Mars Express, pozwoliły naszkicować obraz, dający już całkiem dobre, choć na pewno nie ostateczne wyobrażenie o obecnej i dawnej hydrologii Marsa.
Jak już od dłuższego czasu podejrzewano, największymi rezerwuarami marsjańskiej wody są czapy polarne. Ich łączna objętość dorównuje objętości lądolodu grenlandzkiego, a gdyby je roztopić i równomiernie rozprowadzić po całej powierzchni planety, utworzyłyby ocean głębokości ok. 20 m. Zamarzniętą wodę znaleziono także poza obrębem czap, ukrytą pod warstwą rumoszu skalnego, piasku i pyłu. Najczęściej tworzy ona tam wraz z gruntem coś w rodzaju ziemskiej wiecznej zmarzliny, ale występuje też w postaci prawie czystego lodu. W miejscu lądowania Phoenixa (na 68 st. szerokości marsograficznej północnej) pojawia się już na głębokości kilku centymetrów, o czym przekonano się, gdy koparka sondy odsłoniła białawą substancję, sublimującą w takim tempie, w jakim robiłby to zwykły lód. Pobraną próbkę Phoenix poddał analizie, która jednoznacznie wykazała obecność wody.
Złoża zmarzliny odkryto też dzięki prowadzonym z orbity przez MRO sondowaniom radarowym (fale radiowe długości 20–200 m pozwalają sięgnąć nawet na kilka kilometrów w głąb gruntu). Na północnej półkuli planety naukowcy przebadali tą metodą obszar o powierzchni ok. 450 tys. km kw., stwierdzając, że jest pod nim niewiele mniej wody niż w czapie polarnej. Zupełnie inną metodą spenetrowała marsjański grunt sonda Odyssey, którą wyposażono w aparaturę rejestrującą neutrony wybijane z atomów skorupy Marsa przez promienie kosmiczne. Analiza prędkości neutronów pozwala określić, jak często występuje w skorupie wodór, którego ogromna większość jest związana w cząsteczkach wody. Na obszarach przebadanych zarówno przez MRO, jak i Odyssey obie metody dały praktycznie zgodne wyniki. Nie ma zatem żadnych wątpliwości: na Marsie wodę (co prawda zamarzniętą) można znaleźć dosłownie wszędzie. Nawet na równiku, gdzie w niebagatelnych ilościach wywęszył ją neutronowy nos sondy Odyssey. Nawet na stokach najwyższej w Układzie Słonecznym góry – 27-kilometrowego wulkanu Olympus Mons.
Bodaj najbardziej spektakularne (i najbardziej wymowne) zdjęcia śladów wody pochodzą z trójwymiarowej kamery na pokładzie sondy Mars Express. Jedno z nich przedstawia rozciągający się tuż przy równiku obszar o rozmiarach 800×900 km, który do złudzenia przypomina morze pokryte lodem spękanym w wielkie kry. Dokładniejsze badania dowiodły, iż rzeczywiście jest to zamarznięty zbiornik wodny, i to nawet dość głęboki (średnio 45 m). Naukowcy są niemal pewni, że powstał najwyżej kilka milionów lat temu, czyli w geologicznej skali czasu tuż przed chwilą. Jak do tego doszło – nie wiadomo. Wiadomo za to, dlaczego przetrwał: jest pokryty taką samą warstwą izolacyjno-ochronną jak zlodowaciałe obszary w wyższych szerokościach geograficznych.
W północnym pasie podbiegunowym Mars Express zarejestrował całkowicie odsłonięty płat lodu o powierzchni 100 km kw. i grubości sięgającej miejscami 200 m. Zalega on w starym, głębokim na 2 km kraterze uderzeniowym, do którego słońce zagląda tylko podczas pełni lata. Także i w tym przypadku wiek lodu nie przekracza kilku milionów lat. Ale największą niespodzianką było odkrycie lodowca, który może mieć zaledwie kilkadziesiąt tysięcy lat i prawdopodobnie ciągle jeszcze jest aktywny, czyli płynie tak jak lodowce na Ziemi. Z kolei MRO znalazł liczne ślady pozostawione przez lodowce przed paruset milionami lat.
Obecność lodowców i form polodowcowych sprowokowała nowe pytania. Było już jasne, że na Marsie kiedyś padał śnieg. Ale czy kiedykolwiek padały tam deszcze? Czy w dawnych czasach na planecie były większe zbiorniki wodne, a jeśli tak – to czy utrzymywały się wystarczająco długo, by mogły w nich powstać proste organizmy?
Liczne doliny rzeczne, których wiek oszacowano na 3,5–4 mld lat, sugerują, że w dalekiej przeszłości Mars rzeczywiście był zasobny w ciekłą wodę. Co prawda są to tylko poszlaki, których skrupulatny planetolog nie uzna za dowody, ale i twardych dowodów już nie brakuje: zostały zdobyte podczas rozpoczętej ponad sześć lat temu misji Spirita i Opportunity. Konstruktorzy spodziewali się, że w surowych marsjańskich warunkach łaziki przetrwają najwyżej trzy miesiące; tymczasem Opportunity nadal dzielnie wędruje po Marsie, zbliżając się do kolejnego obiektu badań – krateru Endeavour. Łączność ze Spiritem urwała się 22 marca 2010 r., ale zespół kontroli misji w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie nie traci nadziei na jej nawiązanie.
Opportunity wylądował na rozległej równinie Meridiani Planum, osiadając w niewielkim kraterze, jakby stworzonym do badań geologicznych. Kilkutygodniowe badania wykazały, że został on wybity w skałach, które długo miały kontakt z wodą. Nawet w tabloidach można było obejrzeć zdjęcia rozsypanych na nich „czarnych jagód” – kulek powstających podczas powolnego odparowywania wody o dużej zawartości żelaza. Zdaniem planetologów, cała Meridiani Planum jest dnem dawnego, być może okresowo wysychającego zbiornika wodnego. Woda tego marsjańskiego jeziora czy morza była nie tylko słona, lecz także silnie zakwaszona.
Jeszcze cenniejszą zdobyczą może pochwalić się Spirit, który podczas wędrówki po wzgórzach Columbia Hills (nazwanych tak dla upamiętnienia ofiar katastrofy wahadłowca Columbia) natknął się na dużą skałę, złożoną w jednej czwartej z węglanów. Węglany musiały powstać w środowisku o odczynie neutralnym, które w przeciwieństwie do kwaśnych wód Meridiani Planum mogło odegrać rolę przysłowiowej kolebki życia (duża kwaśność najprawdopodobniej wyklucza skomplikowane reakcje, prowadzące do powstania substancji prebiotycznych, co z kolei uniemożliwia pojawienie się prymitywnych organizmów). Istnienia rozległych zbiorników wodnych dowodzą też uwodnione krzemiany, znajdowane przez sondy MRO, Odyssey i Mars Express w niemal każdym kraterze odsłaniającym bardzo stare warstwy skalne. Najciekawszy z nich, noszący imię australijskiego badacza komet Waltera Gale’a, kryje kompletny zapis hydrologicznej historii Marsa. Jego pięciokilometrowy stożek centralny wygląda jak skalny tort, którego dolne warstwy są zrobione z minerałów powstałych w długo utrzymujących się zbiornikach wodnych, środkowe – z takich, które powstają w zbiornikach okresowych lub wysychających, zaś górne – z minerałów, które nie miały z wodą żadnego kontaktu.
Rekonstrukcja przebiegu wydarzeń narzuca się sama: najstarsza epoka w dziejach planety obfitowała w wodę w stanie ciekłym, która w epoce pośredniej stopniowo znikła z jej powierzchni. W obecną epokę Mars wkroczył jako glob niemal całkowicie suchy, na którym tylko sporadycznie dochodzi do wznowienia procesów hydrologicznych, a i to w niewielkiej skali. Opublikowane w czerwcu wyniki badań jego dawnej sieci rzecznej prowadzą do fascynującego wniosku: w czasach wodnej świetności ocean mógł zajmować aż trzecią część powierzchni planety. Marsjański klimat musiał wtedy być znacznie cieplejszy niż dziś, na co zapewne wpłynęła większa gęstość atmosfery (jej głównym składnikiem jest dwutlenek węgla, który wywołuje silny efekt cieplarniany). Wielkie wysychanie zaczęło się ok. 4 mld lat temu i trwało ok. 0,5 mld lat. Wydaje się, że główną przyczyną zmian klimatycznych była utrata atmosfery, z której gazy zostały wywiane w przestrzeń międzyplanetarną, gdy jądro Marsa wystygło do tego stopnia, że przestało generować pole magnetyczne, zdolne do odchylania wiatru słonecznego (nazwą tą określa się w astronomii naładowane elektrycznie cząstki wyrzucane przez Słońce, wśród których dominują protony i elektrony). Część dwutlenku węgla została ponadto związana w skałach węglanowych.
Za cztery lata zagadki marsjańskiej atmosfery spróbuje rozwiązać sonda MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution). Zaś w połowie przyszłego roku powinien rozpocząć badania łazik Curiosity, który będzie próbował odpowiedzieć na najbardziej fascynujące pytanie, jakie możemy postawić pod adresem Czerwonej Planety: czy z dawnych czasów przetrwały na niej jakieś formy życia, a przynajmniej ich ślady? Ale już teraz płynie do nas stamtąd skłaniające do refleksji memento: doprawdy niewiele potrzeba, by świat przyjazny życiu utracił wszelkie szanse na jego rozwój.
Michał Różyczka