Mars ja vesi. Nuo sanat voivat laukaista spekulaatioiden, todisteiden, hypoteesien ja teorioiden lumivyöryn. Marsissa on nyt vettä, mutta se on jäässä ja suurin osa siitä on haudattu. Ilmakehässä on vain pieni määrä vesihöyryä. Todisteet osoittavat, että aiemmin se oli paljon kosteampaa. Muinaisessa menneisyydessä planeetalla saattoi olla globaali valtameri. Mutta oliko se joskus asumiskelpoinen?
Uusi tutkimus sanoo, että ei ollut. Mars menetti suurimman osan vedestään, ja kaikki johtuu planeetan koosta.
'Haihtuvien alkuaineiden ja yhdisteiden, mukaan lukien veden, läsnäolon, jakautumisen ja runsauden tutkiminen Marsissa on ollut avaruustutkimuksen keskeinen teema viimeisen 50 vuoden ajan', kirjoittajat kirjoittavat artikkelissaan. Monet Mars-tehtävät, olivatpa sitten kiertoradalla, laskeutujalla tai mönkijällä, sisältävät Marsin veden ymmärtämisen tieteellisissä tavoitteissaan. ' Seuraa vettä! ” oli NASAn helppokäyttöinen tunnuslause Marsin tutkimusohjelma .
Todisteet siitä, että Mars oli kerran märkä, ulottuvat vuosikymmeniä taaksepäin. Viking-tehtävät lähettivät kiertoradalla ja laskeutujia Marsiin 1970-luvun lopulla. Kiertäjät ottivat kuvia Marsin geologisista muodostumista, jotka osoittivat, että menneisyydessä oli suuria määriä vettä. Samalla aikakaudella Marsin meteoriitteja tutkineet tutkijat löysivät todisteita vesipitoisista sään aiheuttamista tuotteista.
Tässä Viking 1 -laskeutujan kuvassa näkyy Ravi Valles, joka näyttää selvästi kuin se olisi muodostunut virtaavasta vedestä. Kuvan ansiot: Jim Secosky valitsi NASA-kuvan. – http://history.nasa.gov/SP-441/ch4.htm, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8646399
Uusimmat tehtävät ovat keränneet runsaasti todisteita siitä, että Marsissa oli kerran vettä. Nykyaikaisilla kiertoradoilla, kuten NASAn Mars Reconnaissance Orbiter ja ESAn Mars Express Orbiter, olevat kamerat ovat tutkineet Marsia intensiivisesti. Jezero-kraatteri on saanut paljon huomiota kiertoradalla odotettaessa Perseverance-mönkijän tehtävää siellä. Jezero on muinainen paleolajärvi, jossa on selvästi näkyvä joen suistoalue. Joten kukaan ei epäile vakavasti, että Mars oli aikoinaan paljon kosteampi kuin nyt.
Jezeron kraatterin kiertoratakuva, jossa näkyy sen fossiilinen joen suisto. Värit edustavat erilaisia mineraaleja, joita vesi on kemiallisesti muuttanut. Kiitos: NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/BROWN UNIVERSITY
Mitä tälle vedelle tapahtui, on tieteessä polttava kysymys. Yleisesti hyväksytty teoria on, että Mars menetti magneettisuojansa, sitten sen paksu ilmakehä ja vesi yksinkertaisesti pakeni avaruuteen. Kysymys kuuluu: Pystyiko se pidättämään tarpeeksi vettä tarpeeksi kauan elämän syntymiseen?
Uudessa lehdessä nimeltä ' Marsin kalium-isotooppikoostumus paljastaa planeettojen haihtuvien retentioiden mekanismin ”, tutkijaryhmä pohti tätä kysymystä. Ensimmäinen kirjoittaja on Zhen Tian McDonnell-avaruustieteiden keskuksen maa- ja planeettatieteiden osastolta. Artikkeli on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä.
Heidän vastauksensa? Mars on vain liian pieni.
'Marsin kohtalo oli päätetty alusta asti', sanoi Kun Wang , Arts & Sciences -osaston maa- ja planeettatieteiden apulaisprofessori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. 'Kivellisten planeettojen kokovaatimuksille on todennäköisesti olemassa kynnys, jotta ne säilyttäisivät tarpeeksi vettä asuttavuuden ja levytektoniikan mahdollistamiseksi, ja niiden massa ylittää Marsin massan.'
Siinä lyhyt vastaus.
Pitkä vastaus koskee kalium-isotooppeja ja niiden läsnäoloa ei vain Marsissa vaan muissa aurinkokunnan kappaleissa.
Tutkijaryhmä käytti stabiileja kaliumin isotooppeja 'arvioimaan haihtuvien alkuaineiden läsnäolon, jakautumisen ja runsauden eri planeettojen kappaleissa', kertoo. Lehdistötiedote tutkimuksen julkistamista. Vaikka kalium itsessään on vain kohtalaisen haihtuvaa, sitä voidaan käyttää merkkiaineena haihtuville yhdisteille, mukaan lukien vesi. Tämän ryhmän jäsenet ovat jo käyttäneet kaliummerkkimenetelmää kuun muodostumisen tutkimiseen.
Wang ja muut tutkijat tutkivat 20 Marsin meteoriittia, jotka yhdessä edustavat Marsin silikaattikoostumusta. He havaitsivat, että Marsissa oli enemmän haihtuvia aineita kuten vettä kuin Kuussa. Se säilytti myös enemmän kuin asteroidit, kuten Vesta, jotka ovat molemmat pienempiä kuin Mars. Mutta he havaitsivat päinvastaisen, kun se tuli Maahan: Mars menetti enemmän haihtuvia aineita, mukaan lukien vettä. Kaliumkoostumuksen ja kehon koon välinen korrelaatio on tiimin mukaan hyvin määritelty.
Tämä tutkimuksen kuva näyttää kaliumin ja toriumin suhteet verrattuna vastaaviin K-pitoisuuksiin marsin meteoriittien, Marsin pinnan (GRS), Maan valtameren keskiharjanteen basalttien, Maan valtameren saarien basalttien ja myös bulkkisilikaattimaan maapallolla. Luku viittaa haihtuvien rikkaiden varhaiseen Marsiin. (Katso tarkempi selitys tutkimuksesta.) Kuvan luotto: Wang et al 2021.
Mars ja Maa muodostuivat samasta aurinkosumu , Auringon muodostumisen jälkeen jäljelle jäänyt materiaali. Sellaisenaan he aloittivat samanlaisilla sävellyksillä. Mutta kun ryhmä havaitsi, että Marsin meteoriiteissa oli raskaampia kalium-isotooppien pitoisuuksia kuin Maassa, se merkitsi suurempia kaliumhäviöitä Marsissa kuin Maassa.
He havaitsivat myös, että 'Maan, Kuun, Marsin ja Vestan bulkkisilikaattiarvot korreloivat pintapainovoiman kanssa' ja myös H2O:n runsauden kanssa.
'BSM:n K-isotooppinen koostumus ja vahva korrelaatio41K ja planeetan massa paljastavat, että planeettakappaleiden koko ohjaa pohjimmiltaan niiden kykyä pidättää haihtuvia aineita. Tämä voisi edelleen valaista planeettojen asuttavuutta ja auttaa rajoittamaan tuntemattomia emokokoja', kirjoittajat kirjoittavat artikkelissaan.
Tämä kuva tutkimuksesta osoittaa kaliumin runsautta ja pintapainovoimaa Vestassa, Kuussa, Marsissa ja Maassa. Kaliumin ja kehon massan välillä on selvä korrelaatio. Kuvan luotto: Wang et al 2021.
'Syy haihtuvien alkuaineiden ja niiden yhdisteiden paljon pienemmälle määrälle erilaistuneilla planeetoilla kuin primitiivisissä erilaistumattomissa meteoriiteissa on ollut pitkään kysymys', sanoi Katharina Lodders , maa- ja planeettatieteiden tutkimusprofessori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. 'K-isotooppikoostumusten korrelaatio planeetan painovoiman kanssa on uusi löytö, jolla on tärkeitä kvantitatiivisia vaikutuksia siihen, milloin ja miten erilaistuneet planeetat vastaanottivat ja menettivät haihtuvat aineensa.'
Kirjoittajat sanovat, että tämä liittyy siihen, miten planeetat ja muut kappaleet lisääntyvät ajan myötä. Haihtuvien aineiden, kuten veden, hävikki voi vaihdella ajan myötä, kun kappaleet kasvavat lisääntyessä. Suuremmat kappaleet yksinkertaisesti säilyttävät enemmän haihtuvia aineita kuin pienet kappaleet.
Ja tässä on kicker: 'Kivellisten (ekso)planeettojen kokovaatimuksilla on todennäköisesti kynnys säilyttää tarpeeksi H2O mahdollistaakseen asuttavuuden ja levytektoniikan, joiden massa ylittää Marsin massan, kirjoittajat kirjoittavat artikkelissaan.
Ilman hyvin eri-ikäisiä Martain-meteoriitteja, jotka osuivat Maahan, tämä työ ei olisi ollut mahdollista. Ne ovat peräisin jopa neljän miljardin vuoden takaa ja äskettäin useiden satojen miljoonien vuosien takaa.
'Marsin meteoriitit ovat ainoat käytettävissämme olevat näytteet Marsin kemiallisen koostumuksen tutkimiseksi', Wang sanoi. 'Näiden Marsin meteoriittien iät vaihtelevat useista sadaista miljoonista 4 miljardiin vuoteen, ja ne ovat tallentaneet Marsin epävakaa evoluutiohistorian. Mittaamalla kohtalaisen haihtuvien alkuaineiden, kuten kaliumin, isotooppeja, voimme päätellä massaplaneettojen haihtuvan ehtymisen asteen ja tehdä vertailuja aurinkokunnan eri kappaleiden välillä.
Tämä tutkimuksen luku osoittaa, kuinka kehot voivat joko menettää tai säilyttää haihtuvia aineita. Kuvassa A näkyy, että planeetta voi kärsiä haihtuvasta ehtymisestä kasvaessaan erilaisten mekanismien, mukaan lukien iskujen, vuoksi. Kuva B havainnollistaa, kuinka planeetan on saavutettava kriittinen koko säilyttääkseen haihtuvat aineet, mukaan lukien veden. Kuvan luotto: Wang et al 2021.
Joten, oliko Mars kerran todella märkä? Todennäköisesti. Oliko se märkä tarpeeksi kauan, jotta elämä voisi päästä siihen Marsiin? Tutkijoiden mukaan se ei ole todennäköistä.
Yksi asia, jota tutkimus tekee, on lisätä hieman yksityiskohtia ajatukseen asuttavasta vyöhykkeestä ja siitä, kuinka ajattelemme eksoplaneetoista ja asutettavuudesta. Eksoplaneettojen tutkimuksissa käytämme termiä asuttava vyöhyke kuvaamaan lämpötilavyöhykettä tietyn tähden ympärillä, jossa planeetan pinnalla voisi kohtuudella olettaa olevan nestemäistä vettä oikean ilmakehän vuoksi. Tämä tutkimus lisää planeetan kokoa koko ideaan, vaikka se ei ole ensimmäinen työ, joka tuo idean esiin.
Jos planeetta tähden asuttavalla vyöhykkeellä on liian pieni, se yksinkertaisesti menettää vedensä, vaikka se olisi alkanut kosteammalta pinnalta.
'Tämä tutkimus korostaa, että planeetoilla on hyvin rajallinen kokoalue, jotta niillä on juuri tarpeeksi, mutta ei liikaa vettä asuttavan pintaympäristön kehittämiseen', sanoi Klaus Mezger Bernin yliopiston avaruus- ja asumiskeskuksesta. tutkimuksen toinen kirjoittaja. 'Nämä tulokset ohjaavat tähtitieteilijöitä heidän etsiessään asuttavia eksoplaneettoja muista aurinkokunnista.'
Vanhemmalle kirjailijalle Wangille tämän tutkimuksen vaikutukset ovat selvät. Planeetan kokoa tulisi korostaa enemmän eksoplaneettojen ja asuttavuuden suhteen.
'Eksoplaneetan koko on yksi helpoimmin määritettävistä parametreista', Wang sanoi. 'Koon ja massan perusteella tiedämme nyt, onko eksoplaneetta ehdokas elämään, koska koko on haihtuvien retentioiden ensisijainen määräävä tekijä.'
Lisää:
- Julkaistu tutkimus: Marsin kalium-isotooppikoostumus paljastaa planeettojen haihtuvien retentioiden mekanismin
- Wikipedia: Vesi Marsissa
- Universumi tänään: Ehkä Mars ei lopulta menettänyt vettä. Se on edelleen jumissa planeetalla