Sử dụng mô hình mới được phát triển để tìm hiểu sự tiến hóa của bầu khí quyển sao Hỏa, một nghiên cứu mới cho thấy rằng tháng ba sinh ra ẩm ướt với bầu không khí dày đặc cho phép các đại dương ấm đến nóng trong hàng triệu năm. Mô hình liên kết sự tiến hóa của bầu khí quyển sao Hỏa với sự hình thành của sao Hỏa ở trạng thái nóng chảy cho đến khi hình thành các đại dương và bầu khí quyển đầu tiên.
Mô hình cho thấy hơi nước trong Bầu khí quyển sao Hỏa tập trung ở tầng khí quyển thấp hơn, tương tự như hiện nay trên Trái đất, trong khi bầu khí quyển cao của Sao Hỏa “khô” vì nó sẽ ngưng tụ thành những đám mây ở tầng thấp hơn trong khí quyển. Ngược lại, hydro phân tử (H2) không ngưng tụ và được đưa lên bầu khí quyển phía trên của Sao Hỏa, nơi nó bị thất lạc vào không gian.
Kết luận này – rằng hơi nước ngưng tụ và được giữ lại trên sao Hỏa thời kỳ đầu trong khi hydro phân tử không ngưng tụ và thoát ra ngoài – cho phép mô hình được liên kết trực tiếp với các phép đo được thực hiện bởi tàu vũ trụ, cụ thể là tàu thăm dò Curiosity của Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa.
Kaveh Pahlevan, nhà khoa học nghiên cứu của Viện SETI, cho biết: “Chúng tôi tin rằng chúng tôi đã lập mô hình một chương bị bỏ qua trong Lịch sử sớm nhất của sao Hỏa vào thời điểm ngay sau khi hành tinh này hình thành. Để giải thích dữ liệu, bầu khí quyển nguyên thủy của sao Hỏa phải rất đậm đặc (dày đặc hơn ~ 1000 lần so với bầu khí quyển hiện đại) và có thành phần chủ yếu là hydro phân tử (H2).”
“Phát hiện này rất có ý nghĩa vì H2 được biết đến là một loại khí nhà kính mạnh trong môi trường dày đặc. Bầu không khí dày đặc này sẽ tạo ra hiệu ứng nhà kính mạnh mẽ, cho phép các đại dương nước ấm đến nóng từ rất sớm ổn định nhiệt độ. bề mặt sao Hỏa trong hàng triệu năm cho đến khi H2 dần dần biến mất trong không gian. Vì lý do này, chúng tôi suy luận rằng—vào thời điểm trước khi Trái đất hình thành—Sao Hỏa sinh ra đã ẩm ướt.”
Tỷ lệ deuterium trên hydro (D/H) của các loại đá sao Hỏa khác nhau, bao gồm cả thiên thạch sao Hỏa và những loại được nghiên cứu bởi Curiosity, đóng vai trò là nguồn hạn chế dữ liệu chính của mô hình. Deuterium là một đồng vị nặng của hydro. Hầu hết các thiên thạch từ sao Hỏa đều là đá lửa; chúng được tạo ra khi phần bên trong của Sao Hỏa tan chảy và magma nổi lên trên bề mặt.
Tỷ lệ đơteri-hydro của nước hòa tan trong các loại đá lửa bên trong (có nguồn gốc từ lớp phủ) này tương đương với tỷ lệ của đại dương trên trái đất, cho thấy rằng hai hành tinh ban đầu có tỷ lệ D/H giống hệt nhau và nước của chúng có nguồn gốc từ cùng một nguồn trong hệ mặt trời sơ khai.
Mô hình này còn chỉ ra rằng nếu bầu khí quyển sao Hỏa giàu H2 vào thời điểm hình thành (và dày đặc hơn ~ 1000 lần như ngày nay), thì nước bề mặt sẽ được làm giàu deuterium một cách tự nhiên với hệ số 2–3 lần so với bên trong, tái tạo các quan sát. Deuterium thích phân chia vào phân tử nước hơn so với hydro phân tử (H2), chất này ưu tiên hấp thụ hydro thông thường và thoát ra khỏi đỉnh khí quyển.
Pahlevan nói, “Đây là mô hình được công bố đầu tiên tái tạo những dữ liệu này một cách tự nhiên, giúp chúng tôi tin tưởng rằng kịch bản tiến hóa khí quyển mà chúng tôi đã mô tả tương ứng với các sự kiện ban đầu trên Sao Hỏa.”
Tạp chí tham khảo:
- Kaveh Pahlevan và cộng sự, Nguồn gốc khí quyển nguyên thủy của quá trình làm giàu deuterium thủy quyển trên Sao Hỏa, Thư Khoa học Trái đất và Hành tinh (Năm 2022). DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117772
