Vörös bolygó: brutális erejű szoláris ágyúgolyó semmisítette meg a marsi légkört és vizet

Az amerikai űrkutatási szervezet, a NASA MAVEN űrszondájának először sikerült közvetlenül megfigyelnie azt a folyamatot, amiről a tudósok már régebb régóta gyanították, hogy felelős a Mars légkörének megsemmisüléséért. A vörös bolygó felszínét a geológiai-planetológiai bizonyítékok szerint egykor kiterjedt tavak és sekély vizű tengerek borították, a folyékony víz jelenléte azonban a jelenleginél sokkal sűrűbb múltbeli atmoszféra létét feltételezi. A tudósokat már régóta foglalkoztatja az a kérdés, hogy mitől semmisülhetett meg a Mars mainál sokkal vastagabb atmoszférája, amire most egy kutatócsoport megtalálta a lehetséges választ.

A Mars, a vörös bolygó ma kietlen és száraz égitest Fotó: NASA/JPL-CALTECH

A vörös bolygó atmoszférájának eróziójával foglalkozó új kutatás - amelynek eredményei a Science Advances folyóiratban jelentek meg május 28-án -, segít megválaszolni azt a régóta fennálló kérdést, hogy a Mars hogyan alakult át folyókkal, illetve tavakkal teli potenciálisan lakható világból a ma látható kietlen és fagyos sivataggá.

A vörös bolygó  felszínét a távoli múltban kiterjedt tavak és tengerek boríthatták   Fotó: ESA

A vörös bolygó vízzel és sűrű atmoszférával rendelkező kellemes világ lehetett a múltban

Bár a Mars ma már csak egy száraz, hideg és rendkívül ritka atmoszférával rendelkező bolygó, de egyes felszíni alakzatai egy nedvesebb múlt félreérthetetlen bizonyítékai. Az ősi folyóvölgyekre, tómedrekre és csak a víz jelenlétében képződő ásványokra emlékeztető jellemzők azt bizonyítják, hogy a múltban, évmilliárdokkal ezelőtt viszonylag hosszú ideig fennálló tavak, esetleg sekély tengerek borították a Mars felszínét. A folyékony víz fennmaradásához azonban a Marsnak sokkal sűrűbb légkörre volt szüksége a mostanihoz képest a hő megkötéséhez, és a magasabb felszíni nyomás fenntartásához.

Az üledékes kőzetrétegek az egykori kiterjedt marsi víztömeg bizonyítékai    Fotó: NASA/JPL-CALTECH

A Mars jelenlegi légköre nagyon ritka, a felszíni légnyomás mindössze 0,75 százaléka a földi atmoszferikus nyomásnak; alig 7,5 millibar szemben a földi 1013 millibar értékkel. A ritka marsi atmoszféra 95 százaléka szén-dioxidból, 3 százaléka nitrogénből, 1,6 százaléka argonból áll, és nyomokban jelen van az oxigén, valamint a víz is.

Annak a megértése, hogy ez az egykor sűrű és vastag ősi marsi légkör mikor és hogyan tűnt el, elengedhetetlen a Mars éghajlati evolúciójának rekonstruálásához és annak meghatározásához, hogy a bolygó mennyi ideig lehetett potenciálisan lakható égitest Az elmúlt évtizedben a tudósok egyre több bizonyítékot találtak arra, hogy a napszél – a Napból kibocsátott ionizált részecskék állandó áramlása –, és a sugárzás megfosztotta a Marsot légkörének legnagyobb részétől. 

Az erős napszél szabályosan elfújta a Mars ősi atmoszféráját, miután megszűnt a bolygó mágneses tere    Fotó: MAVEN/NASA

A friss kutatás szerint ezt a légköri eróziót okozó legjelentősebb mechanizmusok egyike a porlasztásnak nevezett folyamat , amikor a napszélből származó nagy energiájú részecskék a bolygó felső légkörében lévő semleges atomokkal, illetve molekulákkal ütköznek. A napszél töltött részecskéinek ütközési energiája elvileg elegendő ahhoz, hogy az atmoszféra semleges atomjait a bolygó gravitációs vonzását legyőzve kirepítsék az űrbe.

Egy ritka nemesgáz mesél a marsi atmoszférát ért katasztrófáról

"Olyan ez, mintha ágyúgolyót lőnénk egy medencébe" - szemlélteti a folyamat lényegét Shannon Curry, a Colorado Boulder Egyetem MAVEN küldetésének vezető kutatója és az új tanulmány első szerzője, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. Az ágyúgolyót ebben az esetben a nehéz ionok jelentik, amelyek nagyon nagy sebességgel ütköznek a légkör alkotóelemeivel és ahonnan semleges atomokat, illetve molekulákat löknek ki a világűrbe" -hangoztatja a kutató. 

A Föld és a Mars méretét összehasonlító ábra    Fotó: Wikimedia Commons

Míg a porlasztás folyamatáról már régebb óta gyanították, hogy kulcsszerepet játszhatott a Mars éghajlati fejlődésében, de ez az első alkalom, hogy ezt  sikerült is kimutatni a vörös bolygón a MAVEN űrszonda kilenc évnyi észlelési adatainak elemzésével. A MAVEN három műszeréből származó adatok felhasználásával a kutatók részletes térképet készítettek a Mars felső légkörében található argonról, ami egy nemesgáz.

Az argon a levegőnél nehezebb, színtelen és szagtalan nemesgáz, a rendszáma 18, a vegyjele Ar. A Föld légkörének 0,93 százalékát alkotja, és ezzel a nitrogén, illetve az oxigén után a harmadik leggyakoribb gáz a földi atmoszférában.

Az argon ideális nyomjelző mivel kémiailag inert, nehéz és ellenáll a feltöltődésnek. Emiatt nem valószínű, hogy kölcsönhatásba lép más légköri folyamatokkal, ami azt jelenti, hogy az argon jelentős vesztesége egyértelmű bizonyítékot nyújt a marsi atmoszférában zajló porlasztásra. A MAVEN azokon a magasságokon észlelte a legmagasabb argonkoncentrációt, ahol a napszél részecskéi a marsi légkörrel ütköznek – írják a kutatók az új tanulmányban. Az argonkoncentráció jóval magasabb volt a vártnál, így a felfedezés közvetlen bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a porlasztás folyamata eltávolítja a marsi atmoszféra molekuláit – állítják a kutatók.

A Mars légköre 95 százalékkal ritkább mint a Földé, de a múltban ez másként lehetett    Fotó:  Hubble/MIT

 Ez a folyamat okozhatta a Mars egykor sűrű légkörének megsemmisülését, és ezzel együtt annak a képességének az elvesztését is, hogy folyékony víz maradhasson a bolygó felszínén – írják tanulmányukban a kutatásban részt vett szaktudósok.

Amikor a Mars elvesztette a mágneses terét, a légköre is halálra lett ítélve

A MAVEN adatai azt is felfedték, hogy ez a folyamat négyszer nagyobb sebességgel megy végbe ahhoz képest, mint amit a korábbi modellszámítások előre jeleztek. Az erős napviharok során hangsúlyosabbá vált az atmoszféra gázvesztése. A Mars korai történetében ez a folyamat sokkal intenzívebb lehetett, mert a bolygó ekkor még jóval sebezhetőbb volt a naptevékenység hatásaival szemben. A tudósok azt gyanítják, hogy évmilliárdokkal ezelőtt, amikor a Nap aktívabb volt és a Mars már elvesztette a napszél ellen védő mágneses terét, a bolygó atmoszférájára rendkívül pusztító hatást gyakorolt a naptevékenység. 

Ilyen ma (a képmontázs bal széle), és ilyen lehetett egykor a jelenleg száraz és a múltban vízben gazdag Mars   Fotó: NASA’s Goddard Space Flight Center

A mágneses pajzs nélkül ugyanis a marsi légkör a napszél teljes erejével szemben védelem nélkül maradt, ami felgyorsította az atmoszféra erőteljes erózióját és a bolygót átlendítette egy olyan fordulóponton, amikor a folyékony víz már nem tudott megmaradni a felszínén. "Ezek az eredmények alátámasztják a porlasztási folyamat szerepét a Mars légkörének elvesztésében és elősegítik a bolygó hidroszférája történetének feltérképezését is a vörös bolygón" - mondja Shannon Curry, a tanulmány vezető szerzője. Ahhoz, hogy teljes mértékben megbizonyosodjanak arról, hogy valóban a porlasztás volt-e a Mars hosszú távú éghajlatváltozásának az elsődleges mozgatórugója, a tudósoknak évmilliárdokat kell visszalépniük a múltba, modellek, izotópos adatok és ősi éghajlati nyomok segítségével.

                                              A Mars felszíne elett helyenként még most is kimutatható a vízjég                                           Fotó: Planetary Science Institute/Smithsonian Institution

Csak ezután lehet egzakt módon meghatározni, hogy a porlasztás  a marsi atmoszféra magasabb rétegeit érintette-e, vagy pedig ez a folyamat felelős a vörös bolygó ősi légkörének szinte teljes megsemmisüléséért. A Science Advances tudományos szaklapban május 28-án megjelent tanulmány teljes terjedelmében és angol nyelven itt olvasható el.

A Mars az ősi légkörét és hidroszféráját a friss kutatás szerint:

• a korai és a mostaninál intenzívebb naptevékenység,
• és mágneses terének összeomlása miatt vesztette el,
• melynek következtében a Napból folyamatosan áramló nagy energiájú töltött részecskék kisöpörték a marsi atmoszféra gázainak és molekuláinak legnagyobb részét a világűrbe.