Το νερό που απογυμνώθηκε από την ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη μπορεί να εξηγήσει πώς έγινε ένας άγονος Κόκκινος Πλανήτης

Μια νέα μελέτη αποκάλυψε την ανίχνευση νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη για η πρώτη φορά. Η ανακάλυψη δίνει στους επιστήμονες μια καλή ιδέα για τον μηχανισμό που αυτή τη στιγμή αφαιρεί το νερό από τον Κόκκινο Πλανήτη.

Η επιφάνεια του Άρη είναι ψυχρή και ξηρή —χωρίς υγρό νερό——αλλά αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Μελέτες της επιφάνειας του Άρη ανακάλυψαν τα ενδεικτικά ίχνη μακρών ξηρών αρχαίων ποταμών και ιζηματογενών αποθέσεων που δείχνουν κοίτες λιμνών στις οποίες κάποτε έρεε νερό. Αυτό θέτει το ερώτημα πώς ο Κόκκινος Πλανήτης έχασε το υγρό του νερό;

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science προτείνει έναν νέο μηχανισμό που θα μπορούσε να έχει οδηγήσει στην απώλεια νερού του Άρη. Μια ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε δεδομένα που συλλέχθηκαν από την ατμόσφαιρα του Άρη από το φασματόμετρο μάζας ουδέτερου αερίου και ιόντων της NASA στο διαστημόπλοιο Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) για να ανακαλύψει νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα του πλανήτη.

«Για πρώτη φορά, είδαμε νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη, περίπου 150 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια. Άλλοι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει στο παρελθόν νερό στη μεσαία ατμόσφαιρα», δήλωσε ο Shane Wesley Stone, PhD. Υποψήφιος στις Πλανητικές Επιστήμες στο Lunar and Planetary Laboratory του Πανεπιστημίου της Αριζόνα και ένας από τους συγγραφείς της εργασίας λέει στο ZME Science. " Το νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα καταστρέφεται γρήγορα και μπορεί να διαφύγει στο διάστημα, γι' αυτό και οι παρατηρήσεις μας για το νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα είναι σημαντικές."

Το νερό που μεταφέρεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη μετατρέπεται σε ατομικό υδρογόνο, το οποίο στη συνέχεια είναι τόσο ελαφρύ που χάνεται στο διάστημα. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να οδηγήσει στην απώλεια νερού του Άρη για δισεκατομμύρια χρόνια. Το νερό είχε ανιχνευθεί προηγουμένως στην κατώτερη ατμόσφαιρα, όπου οι επιστήμονες πίστευαν ότι ήταν περιορισμένο, αλλά αυτή είναι η πρώτη ανίχνευση νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα, η οποία εξέπληξε την ομάδα.

«Δεν γνωρίζαμε ότι το νερό φτάνει μέχρι την ανώτερη ατμόσφαιρα, επομένως δεν ξέραμε πόσο σημαντική είναι αυτή η ανοδική μεταφορά νερού για τη διαφυγή του υδρογόνου στο διάστημα και επομένως στο νερό που χάνεται από τον Άρη», λέει ο Stone, εξηγώντας ότι το νερό υψηλότερα στην ατμόσφαιρα θα διασπάται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι συμβαίνει πιο κοντά στην επιφάνεια του Άρη. «Το νερό που φτάνει στην ανώτερη ατμόσφαιρα καταστρέφεται σε περίπου 4 ώρες. Αυτή η καταστροφή του νερού θα ήταν δέκα φορές πιο αργή στη μεσαία ατμόσφαιρα, όπου τα περισσότερα από τα προϊόντα αυτής της καταστροφής θα μεταφέρονταν προς τα κάτω πίσω προς την επιφάνεια."

Rising Damp:How Does Water Make It Way to Mars' Upper Atmosphere;

Ο Stone εξηγεί ότι η ομάδα δεν είναι ακόμη σίγουρη ποιες διαδικασίες ανεβάζουν το νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη, αλλά η μελέτη τους έχει δώσει κάποιες καλές ενδείξεις για το ποιοι μπορεί να είναι οι κύριοι παίκτες σε αυτό το φαινόμενο.

«Βλέπουμε μια εποχιακή τάση στην αφθονία του ανώτερου ατμοσφαιρικού νερού», λέει ο πλανητικός χημικός. «Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού στο νότιο ημισφαίριο, η αφθονία νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα είναι μεγαλύτερη. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού στο βόρειο ημισφαίριο, η αφθονία του νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα είναι μικρότερη, αλλά εξακολουθεί να είναι σημαντική."

Ο Stone εξηγεί ότι αυτή η εποχιακή τάση προκαλείται από δύο πράγματα. Πρώτον, κατά τη διάρκεια του νότιου καλοκαιριού, ο Άρης είναι πιο κοντά στον Ήλιο από ό, τι είναι κατά το υπόλοιπο του Αρειανού έτους. Δεύτερον, αυτή είναι και η εποχή των καταιγίδων σκόνης στον Άρη. Και προσθέτει:«Η σχετικά κοντινή απόσταση από τον Ήλιο και οι καταιγίδες σκόνης οδηγούν και τα δύο σε θέρμανση στην ατμόσφαιρα, η οποία οδηγεί σε μεγαλύτερη μεταφορά νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα».

Ο ερευνητής επισημαίνει μια τεράστια καταιγίδα σκόνης στον Άρη που σημειώθηκε το 2018 ως σημαντικό παράγοντα που συμβάλλει στο νερό στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Η καταιγίδα εντοπίστηκε για πρώτη φορά από το Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) της NASA στις 30 Μαΐου 2018 και μέχρι τον Ιούνιο του ίδιου έτους, είχε εξελιχθεί σε ένα γεγονός που περιελάμβανε πλανήτη.

«Οι καταιγίδες σκόνης οδηγούν σε μια ξαφνική εκτόξευση νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα:κατά τη διάρκεια της παγκόσμιας καταιγίδας σκόνης του 2018, η αφθονία νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα αυξάνεται κατά 20 φορές σε σχέση με την ονομαστική εποχιακή αφθονία», λέει ο Stone. «Μικρότερες εκρήξεις νερού παρατηρούνται κατά τη διάρκεια περιφερειακών καταιγίδων σκόνης που συμβαίνουν κάθε έτος 687 ημερών στον Άρη. Οι παγκόσμιες καταιγίδες συμβαίνουν περίπου μία φορά κάθε 10 γήινα χρόνια."

Η ομάδα πιστεύει ότι το νερό κινείται προς τα πάνω πέρα ​​από αυτό που οι πλανητικοί επιστήμονες αποκαλούν υγρόπαυση — ένα ψυχρό στρώμα στην ατμόσφαιρα στο οποίο το νερό συμπυκνώνεται από ατμούς σε υγρό, σχηματίζοντας σύννεφα. «Αυτό γιατί, όπως έχουμε διαπιστώσει εμείς και άλλοι επιστήμονες, η αρειανή υγροπαύση δεν είναι τόσο αποτελεσματική στο να παγιδεύει νερό κοντά στην επιφάνεια όσο η υγροπαύση στη Γη», λέει ο Στόουν. "Η υγροπαύση στον Άρη δεν είναι τόσο αποτελεσματική επειδή είναι πολύ ζεστός:όταν ο Άρης είναι πιο κοντά στον Ήλιο και όταν συμβαίνουν καταιγίδες σκόνης, η θέρμανση που προκαλείται από αυτές τις διεργασίες θερμαίνει την υγροπαύση, επιτρέποντας στο νερό να κινηθεί προς τα πάνω."

Ο μηχανισμός που αποκαλύπτει η ανακάλυψή τους είναι επί του παρόντος ο κύριος τρόπος με τον οποίο ο Άρης χάνει νερό, αλλά ο Στόουν επισημαίνει ότι αυτό πιθανότατα δεν ίσχυε πάντα.

Η μεταβαλλόμενη εικόνα της απώλειας νερού στον Άρη

Το νερό που μεταφέρεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Άρη από εποχιακές επιπτώσεις και καταιγίδες σκόνης όπου διασπάται σε υδρογόνο και στη συνέχεια χάνεται στο διάστημα είναι επί του παρόντος ο κυρίαρχος μηχανισμός απώλειας νερού στον Άρη, αλλά η ομάδα λέει ότι αυτό οφείλεται μόνο στο τρέχον περιβάλλον του Κόκκινου Πλανήτη . Οι μηχανισμοί απώλειας νερού που έχουν προχωρήσει για δισεκατομμύρια χρόνια ήταν πιθανότατα διαφορετικοί στο παρελθόν όσον αφορά τόσο την κυριαρχία όσο και την ταχύτητα με την οποία προχωρούν.

«Αυτή η διαδικασία που περιγράφουμε είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την απώλεια νερού στον Άρη σήμερα. Ωστόσο, αυτό το νερό μπορούσε να μεταφερθεί στην ανώτερη ατμόσφαιρα μόνο σχετικά πρόσφατα, τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια περίπου», λέει ο Stone. «Μεγάλο μέρος της ατμόσφαιρας του Άρη χάθηκε στο διάστημα πριν από αυτό το διάστημα, οδηγώντας στην ασθενή υγροπαύση που επιτρέπει στο νερό να εισέλθει στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Όλες οι διαδικασίες διαφυγής που παρατηρούμε σήμερα ήταν πιθανότατα ταχύτερες στο παρελθόν."

Η ομάδα κατέληξε σε αυτό το συμπέρασμα λόγω του γεγονότος ότι όταν αθροίζονται όλοι οι ρυθμοί απώλειας νερού των σημερινών διαδικασιών διαφυγής, ο τρέχων ρυθμός διαφυγής τους είναι πολύ αργός για να εξηγήσει όλη την απώλεια νερού που οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι πρέπει να συνέβη τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια.

«Γνωρίζουμε ότι για πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, ο Άρης έχασε περίπου το 66% της ατμόσφαιράς του στο διάστημα», εξηγεί ο Stone. «Αν μιλάμε για νερό συγκεκριμένα, ο Άρης έχει χάσει 10 έως 100 μέτρα από ένα «παγκόσμιο ισοδύναμο στρώμα» νερού — ισοδυναμεί με τη διάδοση όλου του νερού που χάνεται από τον Άρη στην επιφάνειά του για να σχηματίσει ένα ομοιόμορφο στρώμα και στη συνέχεια να αναφέρει πόσο βαθιά στρώμα θα ήταν."

Η διαδικασία που περιγράφει η ομάδα είναι υπεύθυνη για την απώλεια 44 εκατοστών H2O τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια και οι παγκόσμιες καταιγίδες σκόνης ευθύνονται για την απώλεια επιπλέον 17 εκατοστών πάνω από αυτό τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια.

«Στην παρούσα εποχή, κατά το μεγαλύτερο μέρος του Αρειανού έτους, αυτή η διαδικασία που περιγράφουμε είναι εξίσου σημαντική με την «κλασική διαδικασία»— τη βασική διαδικασία που οι επιστήμονες θεωρούσαν υπεύθυνη για τη μεταφορά υδρογόνου στην ανώτερη ατμόσφαιρα από την πρώτη εργασία πάνω σε αυτό το θέμα. στις αρχές της δεκαετίας του 1970», λέει ο Stone. "Κατά τη διάρκεια παγκόσμιων καταιγίδων, αυτό το νερό που φτάνει στην ανώτερη ατμόσφαιρα παράγει 10 φορές περισσότερο υδρογόνο που διαφεύγει από την κλασική διαδικασία."

Μεγάλες εκπλήξεις και μελλοντικές έρευνες

Ο Stone περιγράφει ότι τα επόμενα βήματα για αυτήν την έρευνα περιλαμβάνουν τον προσδιορισμό του πόσο σημαντικός ήταν αυτός ο νέος μηχανισμός απώλειας νερού σε όλη την ιστορία του Άρη.

«Η παρέκταση πριν από δισεκατομμύρια χρόνια είναι εξαιρετικά δύσκολη και για να γίνει σωστά χρειάζεται χρόνος. Πρέπει ακόμα να κατανοήσουμε καλύτερα τις συγκεκριμένες διαδικασίες μεταφοράς που είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά αυτού του νερού στην ανώτερη ατμόσφαιρα», λέει, προσθέτοντας ότι τα ευρήματα της ομάδας προκάλεσαν σοκ ακόμη και γι' αυτούς. «Ολόκληρο το έργο ήταν μια τεράστια έκπληξη για εμάς:εκπλαγήκαμε που είδαμε νερό τόσο ψηλά στην ατμόσφαιρα, ήμασταν έκπληκτοι όταν είδαμε την εποχική τάση στην αφθονία του νερού και εκπλαγήκαμε από το πόσο μεγάλη επίδραση είχε η παγκόσμια καταιγίδα σκόνης έχει στην ανώτερη ατμοσφαιρική αφθονία νερού».

Η έρευνα για την απώλεια νερού από τον Άρη είναι πιθανό να είναι ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση του πόσο άφθονο νερό είναι σε όλο το Σύμπαν, όπως είπε πρόσφατα η Dimitra Atri, ερευνήτρια από τη Διαστημική Επιστήμη στο NYU Abu Dhabi (NYUAD), στο ZME Science: "Δεδομένου ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρήσουμε τη διαδικασία διαφυγής σε εξωπλανήτες, σχεδιάζουμε να μελετήσουμε αυτό το φαινόμενο με μεγάλη λεπτομέρεια στον Άρη με την αποστολή Hope των ΗΑΕ."

Έτσι, αυτό το είδος μελέτης θα μπορούσε να μας πει πόσο μοναδική είναι η Γη από την άποψη της κατοχής υγρού νερού στο Σύμπαν. Κάτι που θα μπορούσε, με τη σειρά του, να μας πει για τις πιθανότητες ζωής σε εξωπλανήτες.

«Ο Άρης συνήθιζε να μοιάζει με τη Γη:θερμότερος και υγρότερος με παχιά ατμόσφαιρα και άφθονο υγρό νερό στην επιφάνειά του», καταλήγει ο Stone. «Αλλά κατά τη διάρκεια της ιστορίας του ηλιακού συστήματος, το νερό του Άρη χάθηκε στο διάστημα, αφήνοντας πίσω τον κρύο, ξηρό, κόκκινο πλανήτη που βλέπουμε σήμερα. Ανεξάρτητα από αυτό, ο Άρης θα είναι ο επόμενος πλανήτης στον οποίο οι άνθρωποι θα πατήσουν το πόδι τους.»

S.W. Πέτρα; R.V. Yelle; Δ.Υ. Λοιπόν, et al , [2020], «Η διαφυγή υδρογόνου από τον Άρη καθοδηγείται από την εποχική μεταφορά νερού και την καταιγίδα σκόνης», Science.