Ved at bruge en nyudviklet model til at forstå udviklingen af Mars-atmosfæren, tyder en ny undersøgelse på det Mars blev født våd med en tæt atmosfære, der tillod varme til varme oceaner i millioner af år. Modellen forbinder udviklingen af Mars-atmosfæren med Mars' dannelse i smeltet tilstand frem til dannelsen af de første oceaner og atmosfæren.
Modellen viser, at vanddampen i Mars atmosfære var koncentreret i den lavere atmosfære, svarende til hvordan det er i dag på Jorden, mens Mars' høje atmosfære var "tør", fordi den ville kondensere ud som skyer på lavere niveauer i atmosfæren. Modsat kondenserede molekylært hydrogen (H2) ikke og blev ført til Mars' øvre atmosfære, hvor det blev tabt til rummet.
Denne konklusion - at vanddamp kondenserede og blev tilbageholdt på tidlig Mars, hvorimod molekylært brint ikke kondenserede og undslap - gør det muligt for modellen at blive forbundet direkte med målinger foretaget af rumfartøjer, specifikt Mars Science Laboratory-roveren Curiosity.
Kaveh Pahlevan, SETI Institute forsker, sagde, "Vi mener, at vi har modelleret et overset kapitel ind Mars' tidligste historie i tiden umiddelbart efter planetens dannelse. For at forklare dataene må den oprindelige Mars atmosfære have været meget tæt (mere end ~1000 gange så tæt som den moderne atmosfære) og primært sammensat af molekylært brint (H2).
"Dette fund er vigtigt, fordi H2 er kendt for at være en stærk drivhusgas i tætte miljøer. Denne tætte atmosfære ville have frembragt en stærk drivhuseffekt, som ville have gjort det muligt for meget tidligt varmt-til-varmt vand at stabilisere Mars overflade i millioner af år, indtil H2 gradvist blev tabt til rummet. Af denne grund udleder vi, at - på et tidspunkt før Jorden selv var dannet - blev Mars født våd."
Deuterium-til-brint (D/H)-forholdet mellem forskellige Mars-sten, inklusive Mars-meteoritter og dem, der er studeret af Curiosity, tjener som modellens primære kilde til databegrænsninger. Deuterium er en tung isotop af brint. De fleste meteoritter fra Mars er magmatiske bjergarter; de blev skabt, da Mars' indre smeltede, og magmaen steg til overfladen.
Deuterium-til-brint-forholdet af vandet opløst i disse indre (kappe-afledte) magmatiske bjergarter er sammenligneligt med oceaner på jorden, hvilket tyder på, at de to planeter oprindeligt havde identiske D/H-forhold, og at deres vand stammede fra den samme kilde i det tidlige solsystem.
Modellen viser endvidere, at hvis Mars-atmosfæren var H2-rig på dannelsestidspunktet (og mere end ~1000x så tæt som i dag), så ville overfladevandet naturligt være beriget med deuterium med en faktor på 2-3x ift. det indre, der gengiver observationerne. Deuterium foretrækker at dele sig ind i vandmolekylet i forhold til molekylært brint (H2), som fortrinsvis optager almindelig brint og undslipper fra toppen af atmosfæren.
Pahlevan sagde, "Dette er den første offentliggjorte model, der naturligt gengiver disse data, hvilket giver os en vis tillid til, at det atmosfæriske evolutionære scenarie, vi har beskrevet, svarer til tidlige begivenheder på Mars."
Journal Reference:
- Kaveh Pahlevan et al., En primordial atmosfærisk oprindelse af hydrosfærisk deuteriumberigelse på Mars, Jord- og planetariske videnskabelige breve (2022). DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117772
