Med hjälp av en nyutvecklad modell för att förstå utvecklingen av Mars atmosfär, föreslår en ny studie det mars föddes våt med en tät atmosfär som tillåter varma till heta hav i miljontals år. Modellen länkar utvecklingen av Mars atmosfär med Mars bildning i smält tillstånd fram till bildandet av de första haven och atmosfären.
Modellen visar att vattenångan i Mars atmosfär var koncentrerad i den lägre atmosfären, liknande hur det är idag på jorden, medan Mars höga atmosfär var "torr" eftersom den skulle kondensera ut som moln på lägre nivåer i atmosfären. Däremot kondenserade inte molekylärt väte (H2) och fördes till Mars övre atmosfär, där det förlorades till rymden.
Denna slutsats - att vattenånga kondenserade och hölls kvar på tidiga Mars medan molekylärt väte inte kondenserade och flydde - gör att modellen kan kopplas direkt till mätningar gjorda av rymdfarkoster, närmare bestämt Mars Science Laboratory rover Curiosity.
Kaveh Pahlevan, SETI-institutets forskare, sa, "Vi tror att vi har modellerat ett förbisett kapitel i Mars tidigaste historia under tiden omedelbart efter att planeten bildades. För att förklara uppgifterna måste den ursprungliga Mars-atmosfären ha varit mycket tät (mer än ~1000 gånger så tät som den moderna atmosfären) och huvudsakligen sammansatt av molekylärt väte (H2).
"Det här fyndet är viktigt eftersom H2 är känt för att vara en stark växthusgas i täta miljöer. Denna täta atmosfär skulle ha producerat en stark växthuseffekt, vilket gjorde att mycket tidiga hav med varmt till hett vatten kunde stabilisera Mars yta i miljontals år tills H2 gradvis förlorades till rymden. Av denna anledning drar vi slutsatsen att - vid en tidpunkt innan jorden själv hade bildats - föddes Mars våt."
Deuterium-till-väte-förhållandet (D/H) för olika bergarter från Mars, inklusive meteoriter från mars och de som studerats av Curiosity, fungerar som modellens primära källa till databegränsningar. Deuterium är en tung isotop av väte. De flesta meteoriter från Mars är magmatiska bergarter; de skapades när Mars inre smälte och magman steg upp till ytan.
Deuterium-till-väte-förhållandet för vattnet som är löst i dessa inre (mantelhärledda) magmatiska bergarter är jämförbart med det för hav på jorden, vilket tyder på att de två planeterna initialt hade identiska D/H-förhållanden och att deras vatten härstammade från samma källa i det tidiga solsystemet.
Modellen visar vidare att om Mars-atmosfären var H2-rik vid tidpunkten för dess bildande (och mer än ~1000x så tät som idag), så skulle ytvattnet naturligt anrikas på deuterium med en faktor 2–3x i förhållande till interiören, som återger observationerna. Deuterium föredrar att delas in i vattenmolekylen i förhållande till molekylärt väte (H2), som företrädesvis tar upp vanligt väte och flyr från toppen av atmosfären.
Pahlevan sade, "Detta är den första publicerade modellen som naturligt återger dessa data, vilket ger oss en viss tilltro till att det atmosfäriska evolutionära scenariot som vi har beskrivit motsvarar tidiga händelser på Mars."
Tidskriftsreferens:
- Kaveh Pahlevan et al., Ett ursprungligt atmosfäriskt ursprung för hydrosfärisk deuteriumanrikning på Mars, Jord- och planetariska vetenskapsbrev (2022). DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117772
