Vatten. Det handlar alltid om vattnet när det gäller att dimensionera en planets potential att stödja livet. Mars kan ha lite flytande vatten i form av tillfällig salt flödar ner kraterväggar, men de flesta verkar vara inlåsta i polär is eller dolda djupt under jord. Ställ in en kopp saker på en solig marsdag idag och beroende på förhållanden kan det snabbt frysa eller helt enkelt bubbla bort för att ånga i planetens ultratunna atmosfär.
Bevis på rikligt med flytande vatten i tidigare översvämmade slätter och glödande flodbäddar kan hittas nästan överallt på Mars. NASA: s Nyfikenhet rover har hittat mineralavlagringar som endast bildas i flytande vatten och småsten rundade av en forntida ström som en gång sprang över golvet i Gale Crater. Och däri ligger paradoxen. Vattnet verkar ha gusat nådigt över Röda planeten för 3 till 4 miljarder år sedan, så vad händer nu?
Skyll Mars: s wimpy atmosfär. Tjockare, saftigare luft och ökningen av atmosfärstrycket som medföljer skulle hålla vattnet i den koppen stabil. En tjockare atmosfär skulle också täta i värmen och hjälpa till att hålla planeten varm nog för att flytande vatten kan poolas och rinna.
Olika idéer har föreslagits för att förklara den förmodade tunnningen av luften inklusive förlusten av planetens magnetfält, som fungerar som ett försvar mot solvinden.
Konvektionsströmmar inom dess smälta nickel-järnkärna genererade troligen Mars ursprungliga magnetiska försvar. Men någon gång tidigt i planetens historia stannade strömmarna antingen för att kärnan svalnade eller stördes av asteroidepåverkan. Utan en kärnande kärna visnade magnetfältet, vilket låter solvinden riva bort atmosfären, molekyl för molekyl.
Solvinden äter bort den Martiska atmosfären
Mätningar från NASA: s nuvarande MAVEN uppdrag indikerar att solvinden släpper bort gas med en hastighet av cirka 100 gram (motsvarande ungefär 1/4 pund) varje sekund. "Liksom stöld av några mynt från ett kassaapparat varje dag, blir förlusten betydande med tiden," säger Bruce Jakosky, MAVENs huvudutredare.
Forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) föreslå ett annat, mindre klippt och torkat scenario. Baserat på deras studier kan tidiga Mars ha värmts upp nu och igen av en kraftfull växthuseffekt. I en artikel publicerad i Geofysiska forskningsbrev, forskare fann att interaktioner mellan metan, koldioxid och väte i den tidiga Martianatmosfären kan ha skapat varma perioder då planeten kunde stödja flytande vatten på ytan.
Teamet övervägde först effekterna av CO2, ett uppenbart val eftersom det utgör 95% av Mars: s nuvarande atmosfär och berömt fångar värme. Men när du tar hänsyn till att solen skänkte 30% svagare för 4 miljarder år sedan jämfört med idag, CO2 ensam kunde inte klippa det.
”Du kan göra klimatberäkningar där du lägger CO2 och bygg upp till hundratals gånger den nuvarande atmosfärstrycket på Mars, och du kommer fortfarande aldrig till temperaturer som till och med ligger nära smältpunkten, ”sade Robin Wordsworth, biträdande professor i miljövetenskap och teknik vid SEAS och första författare till uppsatsen.
Koldioxid är inte den enda gas som kan förhindra att värme flyr ut i rymden. Metan eller CH4 kommer också att göra jobbet. För miljarder år sedan, när planeten var mer geologiskt aktiv, kunde vulkaner ha tappat in djupa metankällor och släppt gasbrist i den Martiska atmosfären. I likhet med vad som händer på Saturns måne Titan, skulle ultraviolett solljus fånga molekylen i två och frigöra vätgas i processen.
När Wordsworth och hans team tittade på vad som händer när metan, väte och koldioxid kolliderar och sedan interagerar med solljus upptäckte de att kombinationen starkt absorberade värme.
Carl Sagan, Amerikansk astronom och astronomipopularisator, spekulerade först att vätgasuppvärmningen kunde ha varit viktig på tidiga Mars redan 1977, men det är första gången forskare har kunnat beräkna dess växthuseffekt exakt. Det är också första gången som metan har visats vara en effektiv växthusgas på tidiga Mars.
När man tar metan i beaktande kan Mars ha haft episoder av värme baserat på geologisk aktivitet förknippad med jordbävningar och vulkaner. Det har varit minst tre vulkaniska epoker under planetens historia - för 3,5 miljarder år sedan (bevisat av lunar mare-liknande slätter), 3 miljarder år sedan (mindre sköldvulkaner) och 1 till 2 miljarder år sedan, när jätte-sköldvulkaner som Olympus Monsvar aktiva. Så vi har tre potentiella metanutbrott som kan avvisa atmosfären för att möjliggöra en mjukare Mars.
Den stora storleken på Olympus Mons ropar praktiskt taget massiva utbrott över en lång tidsperiod. Under tiden mellan tiden skulle väte, en lättviktig gas, ha fortsatt att fly ut i rymden tills det fylls på vid nästa geologiska omvälvning.
"Denna forskning visar att de värmande effekterna av både metan och väte har underskattats av en betydande mängd," sade Wordsworth. "Vi upptäckte att metan och väte och deras interaktion med koldioxid var mycket bättre på att värma tidigt Mars än vad som tidigare trott."
Jag har kittlat att Carl Sagan gick den här vägen för 40 år sedan. Han höll alltid på hopp om liv på Mars. Flera månader innan han dog 1996 registrerade han detta:
”... kanske är vi på Mars på grund av den magnifika vetenskapen som kan göras där - underverdenens grindar öppnas under vår tid. Kanske är vi på Mars för att vi måste vara det, eftersom det finns en djup nomadisk impuls som byggs in i oss av den evolutionära processen, vi kommer trots allt från jägaresamlare, och för 99,9% av vår tid på jorden har vi varit vandrare. Och nästa plats att vandra till är Mars. Men oavsett anledning till att du är på Mars är jag glad att du är där. Och jag önskar att jag var med dig. ”
