På trods af årtiers udforskning og studier har Mars stadig sin rimelige andel af mysterier. Især forsøger forskere stadig at fastslå, hvad der skete med vandet, der engang flød på Mars' overflade. Desværre begyndte Mars-atmosfæren for milliarder af år siden at blive fjernet af solvinden, hvilket også resulterede i tab af dets overfladevand over tid - selvom det ikke var helt klart, hvor det gik hen, og hvilke mekanismer der var involveret.
For at løse dette har et team af forskere for nylig konsulteret data opnået af tre orbiter-missioner, der studerer Mars-atmosfæren. I processen fandt de beviser for, at de mindre regionale støvstorme, der sker næsten årligt på Mars, er gør planeten tørrere over tid . Disse resultater tyder på, at storme er en væsentlig drivkraft bag udviklingen af Mars' atmosfære og dens overgang til det frysende og udtørrede sted, vi kender i dag.
Støvstorme er en regelmæssig forekomst på Mars og opstår, når den nederste atmosfære opvarmes, hvilket får luftstrømme til at opsamle støv og cirkulere det rundt på planeten. Dette kan forekomme, når Mars er på det nærmeste punkt i sin bane til Solen (perihelium) og kan også blive forværret på grund af temperaturvariationer mellem halvkuglerne - når en af dem oplever sommer, kan atmosfærisk cirkulation øges dramatisk.
Disse støvstorme har den virkning, at de opvarmer de øvre områder af Mars' sparsomme atmosfære, hvilket forhindrer vandmolekyler i at fryse, som de normalt ville, og tvinger dem til at stige endnu højere. I disse højeste områder af Mars-atmosfæren er vandmolekyler sårbare over for ultraviolet stråling, som får dem til at gennemgå kemisk adskillelse og bryde ind i deres bestanddele - brint og oxygen.
Hvor ilten (det tungere grundstof) enten vil undslippe til rummet eller lægge sig tilbage til overfladen, tabes brinten let til rummet. Michael S. Chaffin, en forsker ved Laboratory for Atmospheric and Space Physics ved University of Colorado i Boulder, var også hovedforfatter på undersøgelsen. Som han sagde i en nylig NASA pressemeddelelse :
»Alt, du skal gøre for at miste vand permanent, er at miste et brintatom, for så kan brinten og ilten ikke rekombinere til vand. Så når du har mistet et brintatom, har du helt sikkert mistet et vandmolekyle.'
Forskere har længe haft mistanke om, at Mars mistede det meste af sit vand på grund af støvstorme, men indså ikke betydningen af regionale storme. Disse sker næsten hver sommer på planetens sydlige halvkugle, hvorimod de større storme (som kan omfatte hele planeten) typisk sker en gang hvert tredje til fjerde Mars-år - svarende til omkring fem et halvt til syv et halvt jordår.
Billedet blev taget af MRO den 30. november 2010 og viser et 'tårntårn' (nederst i midten), en koncentreret sky af støv, der kan løftes snesevis af miles over overfladen. De blå-hvide faner er vanddampskyer. Kreditering: NASA/JPL-Caltech/MSSS
Tidligere blev disse massive storme og de varme sommermåneder på den sydlige halvkugle (når Mars er tættere på Solen) anset for at være de vigtigste drivkræfter. Men efter at have konsulteret data indhentet af de tre Mars-kredsløb, fandt Chaffin og hans kolleger, at Mars taber omkring dobbelt så meget vand under en regional storm, som den gør om sommeren på den sydlige halvkugle uden regionale storme.
Disse data kommer fra NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), ESA'erne Trace Gas Orbiter (TGO), og Mars atmosfærisk og flygtig udvikling (MAVEN) orbiter. Geronimo Villanueva , en Martian-vandekspert ved NASAs Goddard Space Flight Center (og en medforfatter på papiret), var også medlem af Trace Gas Orbiters videnskabshold. Som han forklarede:
'Dette papir hjælper os praktisk talt med at gå tilbage i tiden og sige: 'OK, nu har vi en anden måde at tabe vand på, som vil hjælpe os med at relatere dette lille vand, vi har på Mars i dag, med den enorme mængde vand, vi havde tidligere... instrumenter skal alle fortælle den samme historie, og det gør de.”
Da vand er en af nøgleingredienserne for liv, som vi kender det, er videnskabsmænd meget interesserede i at bestemme, hvor det gik hen, og hvor længe det eksisterede på Mars' overflade. I bund og grund ønsker de at vide, om det eksisterede længe nok til at tillade fremkomsten af grundlæggende livsformer, som encellede mikrober. At kende mekanismerne for vandtab er også afgørende for fremtidige bemandede missioner til Mars, som bliver nødt til at sikre vandkilder lokalt.
Kunstnerens indtryk af MAVEN-missionen, der ankommer omkring Mars. Kredit: NASA
Mens forskerne havde mange teorier om, hvad der skete med vandet på Mars i dag, manglede de de nødvendige målinger for at komme frem til et komplet billede. Derefter blev Chaffin og hans kolleger præsenteret for en mulighed, da en sjælden konvergens af rumfartøjers kredsløb fandt sted under en regional støvstorm (som varede fra januar til februar 2019) gjorde det muligt for forskere at foretage hidtil usete observationer.
Hver orbiter udførte en anden slags videnskabelig operation. Mens NASAs MRO målte temperatur, støv og vandiskoncentrationer fra overfladen til 100 km (62 mi) over den, måler ESA's TGO koncentrationen af vanddamp og is i samme højdeområde. I mellemtiden registrerede NASAs MAVEN-rumfartøj mængden af brintgas til højder på over 1000 km (620 mi) over overfladen.
Alt i alt indsamlede fire instrumenter på de tre rumfartøjer data om den regionale støvstorm for at bestemme dens rolle i Mars-vandflugten. Dette omfattede TGO's spektrometre, som detekterede vanddampen i den lavere atmosfære, før støvstormen begyndte. Det oplevede også vanddampen stige op i den mellemste atmosfære, da stormen begyndte, og til sidst nåede koncentrationer, der var ti gange større end før stormen lettede.
Dette faldt sammen med data opnået af MRO's Mars Climate Sounder (MCS), som registrerede stigende temperaturer i atmosfæren, da støvet blev hævet højt over planeten. Som forventet så den også van-isskyer forsvinde, da is ikke længere kunne være i den varmere lavere atmosfære. I mellemtiden viste MAVENs Imaging Ultraviolet Spectrometer (IUS), at før stormen ramte, kunne is ses over de massive vulkaner i Tharsis-regionen på Mars.
Ægte farvebillede af en stormfront beliggende nær Utopia Planitia, nær den nordlige polare iskappe på Mars. Kredit: Kreditering: ESA/DLR/FU Berlin
Disse samme skyer forsvandt, da stormen begyndte, og dukkede op igen i det øjeblik, hvor himlen klarede. At se dette udfolde sig fra deres øjne bekræftede, hvad Chaffin og hans kolleger havde haft mistanke om hele tiden. Mens nogle modeller og indirekte beviser har antydet, at der er en sammenhæng mellem støvaktivitet og vandtab på Mars, er dette den første undersøgelse, der har været i stand til at skelne mellem sæsonbestemt vandtab og støvdrevet forcering.
Selvom nogle modeller og indirekte observationsbeviser tyder på, at støvaktivitet kan forklare sæsontendensen, har ingen tidligere undersøgelse været i stand til utvetydigt at skelne sæsonbestemt fra støvdrevet forcering. Disse resultater giver ikke kun ny indsigt i den dynamik, der driver Mars-miljøet, de kan også have stor betydning, når det kommer til planlægning af bemandede missioner til Mars.
Når alt kommer til alt, kunne en forståelse af Mars' begrænsede vandcyklus være afgørende for rent faktisk at finde kilder til det!