En via die bovenste regionen van de atmosfeer lijkt Mars – met horten en stoten – ook behoorlijk wat water kwijt te raken.
Vandaag de dag is Mars vrij droog. Het grootste deel van het water dat de planeet nog bezit, rust in de vorm van ijs op het oppervlak. En er zit wat waterdamp in de atmosfeer. Maar dan houdt het wel een eind op. Dankzij Marsorbiters en -rovers weten we echter dat dat in het verleden wel anders is geweest. De rode planeet moet miljarden jaren geleden over rivieren en meren hebben beschikt. Het roept de vraag op hoe Mars al dat water is kwijtgeraakt. Het is een puzzel die onderzoekers al jaren bezighoudt. Maar wetenschappers komen nu in een nieuw onderzoek met een interessant puzzelstukje op de proppen.
Verrassend veel water
Ze hebben in het bovenste deel van de atmosfeer van Mars verrassend grote hoeveelheden water ontdekt. Dat water blijft niet lang in de atmosfeer hangen, maar ontsnapt heel snel – naar schatting binnen vier uur – de ruimte in. En zo verliest Mars vandaag de dag nog behoorlijk wat water, aldus de onderzoekers. Sterker nog: het proces zou tegenwoordig verantwoordelijk zijn voor het leeuwendeel van het waterverlies.
De onderzoekers trekken hun conclusies op basis van data van MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN): een sonde van NASA die sinds 2014 om de rode planeet cirkelt. MAVEN doet specifiek onderzoek naar de samenstelling van de Martiaanse atmosfeer en duikt daartoe ook zeer regelmatig in die atmosfeer. En op basis van metingen die MAVEN tijdens dit ‘dippen’ in de atmosfeer uitvoert, kunnen onderzoekers nu een inschatting maken van de hoeveelheid water die hier te vinden is.
Vrije doorgang voor waterdamp
Dat er zoveel water in de bovenste regionen van de Martiaanse atmosfeer is aangetroffen, is verrassend. “We hadden helemaal niet verwacht dat we water in het bovenste deel van de atmosfeer van Mars zouden vinden,” vertelt onderzoeker Shane Stone. Hier op aarde zien we namelijk dat water niet zo hoog in de atmosfeer terecht kan komen, omdat er een laag in de atmosfeer te vinden is die zo koud is dat water condenseert voor het in de vorm van waterdamp nog hogerop kan raken. Op Mars is die atmosferische laag blijkbaar te warm om waterdamp een halt toe te roepen, waardoor deze verder omhoog kan reizen. Eenmaal aangekomen in de bovenste regionen van de atmosfeer worden de watermoleculen heel snel opgebroken, waarna hun bestanddelen in de ruimte weglekken.
Variatie in waterverlies
De hoeveelheid water die Mars zo verliest, blijkt echter niet stabiel te zijn. Zo blijkt de planeet – die in een iets ovaalvormige baan om de zon trekt – meer water te verliezen als deze relatief dicht bij de zon staat. Doordat de planeet dan warmer is, kan meer water – dat zoals gezegd voornamelijk in de vorm van ijs op het oppervlak rust – zich een weg banen naar de bovenste regionen van de atmosfeer. Daarnaast zijn ook de bekende stofstormen op Mars van invloed op het waterverlies: tijdens grote stofstormen kan er wel twintig keer meer water naar de bovenste regionen van de atmosfeer worden getransporteerd.
1 miljard jaar
En zo kan over een lange periode heel wat water verloren gaan, zo blijkt wel uit berekeningen van Stone en collega’s. Zo schatten ze dat via het hierboven beschreven proces in de afgelopen 1 miljard jaar zoveel water is verdwenen dat je er Mars volledig met zou kunnen bedekken. “Als we het (verloren gegane, red.) water evenredig over het oppervlak van Mars zouden verdelen, zou de resulterende oceaan die door het proces dat wij beschrijven verdwenen is, meer dan 43 centimeter diep zijn geweest,” aldus Stone. “Een aanvullende 17 centimeter water zou (in dezelfde periode, red.) verloren zijn gegaan puur door toedoen van het effect van wereldwijde stofstormen.”
Eerder stelden onderzoekers al dat Mars water verliest doordat waterijs wordt omgezet in waterdamp en vervolgens onder invloed van zonnestraling laag in de Martiaanse atmosfeer wordt opgebroken. Maar tijdens dit proces is de hoeveelheid water die verloren gaat – net als bij een lekkende kraan – stabiel. Deze wordt niet beïnvloed door de afstand tot de zon of stofstormen. En daarmee sluit deze theorie niet helemaal aan bij wat we op Mars zien gebeuren; waarnemingen van MAVEN en ruimtetelescoop Hubble hebben namelijk aangetoond dat de hoeveelheid water die Mars kwijtraakt, varieert. Het gaat met horten en stoten en dat suggereert dat er ook andere processen spelen, waardoor Mars water kwijtraakt. En onderzoekers hebben nu zo’n aanvullend proces geïdentificeerd.
Het proces dat de onderzoekers beschrijven, speelt dus tot op de dag van vandaag. En heeft er waarschijnlijk in de afgelopen 1 miljard jaar voor gezorgd dat Mars veel water is kwijtgeraakt. In de periode daarvoor lijkt het proces niet dezelfde rol te hebben gespeeld, omdat de atmosferische laag die nu te warm is om waterdamp te laten condenseren en waterdamp dus vrije toegang biedt tot de bovenste regionen van de atmosfeer, toen kouder was. “Voor het proces dat wij beschrijven operationeel werd, moet er al een significante hoeveelheid water in de ruimte zijn ontsnapt,” stelt Stone.
In de toekomst hopen de onderzoekers vast te stellen wanneer Mars ook via de bovenste regionen van de atmosfeer water begon kwijt te raken. En hoeveel water er door de tijd heen op deze wijze is verdwenen.
