Nye ledetråder om tidlig atmosfære på Mars antyder en våt planet som er i stand til å bære liv

Ny forskning publisert i Earth and Planetary Science Letters antyder at Mars ble født våt, med en tett atmosfære som tillater varme til varme hav i millioner av år. For å nå denne konklusjonen utviklet forskere den første modellen for utviklingen av Mars-atmosfæren som knytter de høye temperaturene forbundet med Mars-dannelsen i smeltet tilstand til dannelsen av de første havene og atmosfæren.

Denne modellen viser at – som på den moderne jorda –vanndamp i Mars atmosfæren var konsentrert i den nedre atmosfæren og at den øvre atmosfæren på Mars var “tørr” fordi vanndampen ville kondensere ut som skyer på lavere nivåer i atmosfæren. Molekylært hydrogen (H₂), derimot, kondenserte ikke og ble transportert til den øvre atmosfæren på Mars, hvor den gikk tapt til verdensrommet. Denne konklusjonen – at vanndamp kondenserte og ble holdt tilbake på tidlig Mars mens molekylært hydrogen ikke kondenserte og slapp ut – gjør at modellen kan kobles direkte til målinger gjort av romfartøy, nærmere bestemt Mars Science Laboratory-roveren Curiosity.

“Vi tror vi har modellert et oversett kapittel i Mars tidligste historie i tiden rett etter at planeten ble dannet. For å forklare dataene må den opprinnelige Mars-atmosfæren ha vært veldig tett (mer enn ~1000 ganger så tett som den moderne atmosfæren) og sammensatt hovedsakelig av molekylært hydrogen (H₂),» sa Kaveh Pahlevan, forsker ved SETI Institute.

“Dette funnet er betydelig fordi H₂ er kjent for å være en sterk klimagass i tette miljøer. Denne tette atmosfæren ville ha skapt en sterk drivhuseffekt, slik at hav med svært tidlig varmt til varmt vann kunne være stabilt på Mars-overflaten i millioner av år til H.₂ gikk gradvis tapt til verdensrommet. Av denne grunn konkluderer vi med at – på et tidspunkt før selve jorden hadde dannet seg – ble Mars født våt.”

Dataene som begrenser modellen er deuterium-til-hydrogen (D/H)-forholdet (deuterium er den tunge isotopen av hydrogen) til forskjellige marsprøver, inkludert marsmeteoritter og de analysert av Curiosity. Meteoritter fra Mars er for det meste magmatiske bergarter – de ble dannet da det indre av Mars smeltet, og magmaen steg opp mot overflaten. Vannet som er oppløst i disse indre (mantelavledede) magmatiske prøvene har et deuterium-til-hydrogen-forhold som ligner det i jordens hav, noe som indikerer at de to planetene startet med lignende D/H-forhold og at vannet deres kom fra samme kilde i det tidlige solsystemet.

Derimot målte Curiosity D/H-forholdet til en gammel 3 milliarder år gammel leire på Mars-overflaten og fant ut at denne verdien er ~3x den for jordens hav. Tilsynelatende, da disse eldgamle leirene ble dannet, hadde overflatevannreservoaret på Mars – hydrosfæren – vesentlig konsentrert deuterium i forhold til hydrogen. Den eneste prosessen som er kjent for å produsere dette nivået av deuteriumkonsentrasjon (eller “anrikning”) er foretrukket tap av den lettere H-isotopen til verdensrommet.

Modellen viser videre at hvis Mars-atmosfæren var H₂-rik på tidspunktet for dannelsen (og mer enn ~1000x så tett som i dag), så ville overflatevannet naturlig bli anriket på deuterium med en faktor på 2–3x i forhold til interiøret, og reprodusere observasjonene. Deuterium foretrekker å dele seg inn i vannmolekylet i forhold til molekylært hydrogen (H₂), som fortrinnsvis tar opp vanlig hydrogen og unnslipper fra toppen av atmosfæren.

“Dette er den første publiserte modellen som naturlig reproduserer disse dataene, og gir oss en viss tillit til at det atmosfæriske evolusjonsscenarioet vi har beskrevet samsvarer med tidlige hendelser på Mars,” sa Pahlevan.

Bortsett fra nysgjerrigheten om de tidligste miljøene på planetene, H₂-rike atmosfærer er viktige i SETI-instituttets søken etter liv utenfor jorden. Eksperimenter som går tilbake til midten av det 20. århundre viser at prebiotiske molekyler som er involvert i livets opprinnelse, lett dannes i slike H₂-rike atmosfærer, men ikke så lett i H₂-dårlige (eller mer “oksiderende”) atmosfærer. Implikasjonen er at tidlig Mars var en varm versjon av moderne Titan og minst like lovende et sted for livets opprinnelse som tidlig Jorden var, om ikke mer lovende.

---

---