Przez
Wrażenie tego artysty pokazuje, jak Mars mógł wyglądać około czterech miliardów lat temu. Młoda planeta Mars miałaby dość wody, aby pokryć całą swoją powierzchnię warstwą cieczy o głębokości około 140 metrów, ale bardziej prawdopodobne jest, że ciecz połączyłaby się, tworząc ocean zajmujący prawie połowę północnej półkuli Marsa, a w niektórych regionach osiągając głębokość większą niż 1,6 km. Źródło: ESO/M. Kornmessera
Marschoć obecnie jest to lodowaty, suchy krajobraz, kryje w sobie przekonujące oznaki swojej bardziej wilgotnej przeszłości i potencjalnych podziemnych źródeł wody, które mogłyby zapewnić życie lub przyszłe kolonie ludzkie.
Badania wskazują na starożytne marsjańskie rzeki i jeziora, zamarzniętą wodę na biegunach oraz minerały sugerujące znaczną obecność wody. Odkrycia te kształtują poszukiwania życia i stanowią podstawę planów przyszłej eksploracji Marsa.
Dowody na istnienie wody i potencjalnego życia na Marsie
Chociaż powierzchnia Marsa jest obecnie zimna i sucha, wiele dowodów sugeruje, że czerwona planeta była kiedyś częściowo pokryta wodą. Naukowcy wysunęli teorię, że życie mogło wyewoluować na Marsie, gdy był wilgotny, a życie mogło tam istnieć nawet teraz, ukryte w podziemnych warstwach wodonośnych.
„Na Ziemi woda oznacza życie” – powiedział Alberto Fairen, astrobiolog z Centrum Astrobiologii w Hiszpanii i Uniwersytetu Cornell w Itace w stanie Nowy Jork. „Obecna powierzchnia Marsa jest wyjątkowo sucha, ale istnieje wiele wskazówek wskazujących na znacznie bardziej wilgotną przeszłość. Dowody na istnienie wody w przeszłości mogą być wskazówką do znalezienia wymarłego życia na Marsie, a jeśli część tej wody nadal utrzymuje się na Marsie, to z pewnością szanse na odnalezienie istniejącego życia wzrosną”.
Naukowcy z NASA ustalili, że prymitywny ocean na Marsie zawierał więcej wody niż ziemski Ocean Arktyczny i że Czerwona Planeta straciła 87 procent tej wody w przestrzeń kosmiczną. Źródło: NASA/GSFC
Implikacje wody marsjańskiej dla kolonizacji człowieka
Woda na Marsie ma także istotne implikacje dla obszarów badawczych przy ul NASA poza pracą Programu Astrobiologii NASA. Nawet jeśli na Marsie nie ma już życia lub w ogóle nigdy nie istniało, woda może okazać się niezbędna dla przyszłego życia na Marsie w postaci ludzkich kolonii na czerwonej planecie. Woda nadaje się nie tylko do picia, ale także do ochrony przed promieniowaniem i jako paliwo, gdy rozkłada się na wodór i tlen. Perspektywy przeszłego, teraźniejszego i przyszłego życia na Marsie oznaczają, że wiele badań NASA dotyczących Czerwonej Planety koncentruje się na jej wodzie.
Przez dziesięciolecia liczne badania sugerowały, że rzeki, jeziora i morza pokrywały Marsa miliardy lat temu. Na przykład w 2015 r. mapy wody w marsjańskiej atmosferze sugerowało, że Mars mógł kiedyś mieć dość wody, aby pokryć aż jedną piątą planety. Ponadto w innym badaniu z 2015 r. naukowcy zauważyli, że kształt niektórych Kamyczki marsjańskie sugeruje, że kiedyś przejechali dziesiątki mil w dół rzeki, co sugeruje, że starożytne marsjańskie drogi wodne były stabilne, a nie tylko przelotne strumienie.
Analiza warstw marsjańskiej skały sugeruje, że wcześniej, głębsze warstwy powstały prawdopodobnie, gdy na Marsie występowały obfite ilości świeższej wody, natomiast późniejsze warstwy bliżej powierzchni sugerują „suchą planetę z jedynie kałużami solanki, a w końcu hipersuchą pustynię, którą widzimy” dzisiaj” – powiedział Fairen.
Rezerwy wody na Marsie i ich implikacje
Większość wody na Marsie jest prawdopodobnie zamarznięta w czapach polarnych. Jeśli cały ten lód wodny miałby się stopić, szacunki sugerują, że kula wielkości czerwonej planety mogłaby być pokryta wodą o głębokości około 30 metrów, twierdzi Suniti Karunatillake, planetolog z Louisiana State University w Baton Rouge.
Zamarznięta woda może występować nie tylko na dużych szerokościach geograficznych na biegunach Marsa, ale także na średnich szerokościach geograficznych. Na przykład w 2015 roku naukowcy odkryli, że a gigantyczna płyta lód tak duży jak Kalifornia i Teksas razem wzięty jest pogrzebany tuż pod powierzchnią Marsa, pomiędzy jego równikiem a biegunem północnym, i pokryty ochronnymi warstwami pyłu.
Widok perspektywiczny na czapę lodową na biegunie północnym Marsa i jej charakterystyczne ciemne rynny tworzące spiralny wzór. Widok powstał na podstawie zdjęć wykonanych przez należącą do ESA sondę Mars Express i wygenerowanych na podstawie danych o wysokości z laserowego wysokościomierza Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) znajdującego się na pokładzie misji NASA Mars Global Surveyor. Źródło: ESA/DLR/FU Berlin; Zespół naukowy NASA MGS MOLA
Różnorodność i implikacje minerałów marsjańskich
Na Marsie występuje również woda w postaci uwodnione minerały — to znaczy minerały, z którymi chemicznie związana jest woda. Przyszłe misje załogowe na Marsa będą mogły wydobywać tę wodę poprzez podgrzewanie uwodnionych minerałów.
Fairen powiedział, że na Marsie występuje kilka rodzajów uwodnionych minerałów, od glin i węglanów po ogromną różnorodność siarczanów i chlorków.
„Glinki i węglany mogą sugerować obecność znacznych ilości wody, a woda ta mogła być dobra dla biologii, ponieważ nie powinna być zbyt kwaśna ani zbyt słona” – stwierdził. „Gliny i węglany zwykle pojawiają się w pobliżu kraterów uderzeniowych, kanionów i uskoków, co sugeruje, że są bardzo starożytne i mogły powstać w wyniku procesów podziemnych, a ostatecznie zostały odsłonięte na powierzchni w wyniku erozji”.
Natomiast siarczany i chlorki wymagały do powstania jedynie „niewielkich ilości wody, zazwyczaj słonej i kwaśnej” – stwierdził Fairen. Mimo to, chociaż siarczany i chlorki mogą zatem nie sugerować obfitości wody, „mikroorganizmy na Ziemi mogą również rozwijać się w takich środowiskach — nazywamy to «ekstremofilami»”.
„Wielką niespodzianką ostatnich 15 lat poszukiwań jest to, że zasoby wody na Marsie są znacznie większe, niż sądziliśmy” – powiedział Michael Meyer, astrobiolog i główny naukowiec programu eksploracji Marsa NASA. „Mamy to na biegunach i widzimy to na średnich szerokościach geograficznych”.
Powtarzające się „lineae” na zboczach krateru Hale na Marsie. Informacje obrazowe i topograficzne zawarte na tym przetworzonym, sztucznie zabarwionym zdjęciu pochodzą z kamery High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) znajdującej się na należącej do NASA sondzie Mars Reconnaissance Orbiter. Źródło: NASA/JPL/Uniwersytet w Arizonie
Wyzwania i możliwości w eksploracji Marsa
W tej chwili powierzchnia Marsa jest wyjątkowo sucha, ponieważ powietrze jest zbyt rzadkie, aby woda w stanie ciekłym mogła przetrwać długo. Ciśnienie atmosferyczne czerwonej planety wynosi zaledwie około 1/100 ziemskiego, a w tak rozrzedzonym powietrzu woda łatwo wrze. Wskazują na to jednak ciemne, wąskie linie na marsjańskich zboczach woda mogłaby spływać te formacje regularnie.
Te ciemne smugi — znane jako powtarzające się linie nachyleń lub RSL — faworyzują strome zbocza w prawie wolnych od pyłu obszarach Marsa, powiedział Alfred McEwen, planetolog z Uniwersytetu Arizony w Tucson. Zauważył, że RSL są liczne w obszarach północnych, takich jak Valles Marineris, chociaż występują również na półkuli południowej.
2016 papier zasugerował, że RSL napędzane są niewielkimi ilościami solanki, czyli słonej wody zmieszanej z glebą, powiedział Karunatillake. Sól obniża temperaturę wrzenia wody, dzięki czemu pozostaje ona płynna nawet na Marsie.
Jednak te ostatnie odkrycia sugerują również, że do wytworzenia RSL potrzeba mniej wody, niż wcześniej zakładano. Co więcej, woda ta może być bardzo krótkotrwała i dlatego nie jest idealnym środowiskiem dla jakichkolwiek mikroorganizmów, które mogą istnieć na Marsie.
Ciemne, wąskie smugi spływające po Marsie w miejscach takich jak ta część Krateru Horowitz mogą powstać w wyniku sezonowego przepływu wody na współczesnym Marsie. Smugi mają mniej więcej długość boiska do piłki nożnej. Informacje obrazowe i topograficzne zawarte na tym przetworzonym widoku pochodzą z kamery High Definition Imaging Science Experiment (HiRISE) znajdującej się na należącej do NASA sondzie Mars Reconnaissance Orbiter. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Univ. z Arizony
Perspektywy podziemnych warstw wodonośnych na Marsie
Zamiast tego najlepszym miejscem do znalezienia znacznych ilości wody na Marsie mogą być podziemne warstwy wodonośne. Analiza marsjańskich meteorytów, takich jak NWA7034 – marsjańskich skał, które wylądowały na Ziemi po tym, jak zostały wyrzucone z czerwonej planety w wyniku uderzeń kosmicznych – wskazuje na warstwy wodonośne w skorupie marsjańskiej, powiedział Karunatillake.
„Oczywistym miejscem na Marsie jest podpowierzchnia, jeśli w ogóle interesuje nas woda w stanie ciekłym” – powiedział Meyer. „Teoretycznie w głębi Marsa jest wystarczająco ciepło, aby utrzymać wodę w stanie ciekłym, a woda będzie tam naturalnie spływać i gromadzić się”.
Ponieważ grawitacja powierzchniowa Marsa wynosi nieco ponad jedną trzecią ziemskiej, jego skorupa jest mniej gęsta i bardziej porowata niż ziemska. Poprzednie badania sugerowały, że oznacza to, że więcej wody może wyciekać pod ziemię. „Uważam za prawdopodobne, że w skorupie Marsa znajdują się głębokie pokłady wody, które nie zostały jeszcze odkryte” – powiedział McEwen.
Jednak „nie są to płytkie warstwy wodonośne” – powiedział McEwen. Karunatillake zgodził się z tym, zauważając, że te podziemne warstwy wodonośne mogą znajdować się wiele kilometrów pod powierzchnią. Karunatillake powiedział, że wulkaniczne odgazowanie pary wodnej z płaszcza Marsa może okresowo uzupełniać te warstwy wodonośne.
Cieniowany reliefowy obraz Tharsis Montes i Olympus Mons uzyskany z danych z Mars Orbiter Altimeter, które przeleciały na pokładzie należącej do NASA sondy Mars Global Surveyor. Nowe dane sugerują, że Tharsis Montes powstawały jedna po drugiej, zaczynając od Arsia Mons, prawdopodobnie w wyniku ruchu pojedynczego pióropusza płaszcza poruszającego się pod powierzchnią. Źródło: NASA
Rury lawowe, które są naturalnymi tunelami w zastygłej lawie, mogą zawierać podziemne warstwy wodonośne, powiedział Karunatillake. Na przykład rury lawowe mogą znajdować się w pobliżu wulkanu Arsia Mons na zgrubieniu Tharsis w pobliżu równika planety Mars. „Biorąc pod uwagę, jak głęboko mogą sięgać rury lawowe, mogą one być w odległym sensie analogiczne do rodzajów warstw wodonośnych, które widzimy na Hawajach” – powiedział Karunatillake. „Środowiska rur lawowych mogą również zawierać źródła ciepła geotermalnego, które mogą podnosić temperatury wystarczająco wysokie, aby utrzymać wodę w stanie ciekłym”.
Karunatillake powiedział, że w głębokich systemach jaskiń mogą znajdować się również podziemne warstwy wodonośne. Valles Marineris, system kanionów biegnący wzdłuż powierzchni Marsa na wschód od wybrzuszenia Tharsis, zawiera różnorodne siarczany, podobnie jak niektóre obszary na Ziemi, w których znajdują się systemy jaskiń. „W tych jaskiniach mogła znajdować się woda w stanie ciekłym” – powiedział Karunatillake. „Mogłyby stworzyć stabilne środowisko, które pomogłoby w ewolucji życia, gdyby było obecne”.
Jeśli na Marsie istnieją podziemne warstwy wodonośne ciekłej wody, Karunatillake zaleca przeprowadzenie penetracyjnych kampanii radarowych skupiających się na obszarach, na których istnieją dowody na istnienie starożytnych powodzi powodowanych przez warstwy wodonośne. Do takich celów mogą należeć miejsca, w których wcześniejsze badania sugerowały, że znajduje się podziemny lód, „biorąc pod uwagę, jak grube warstwy lodu mogą zakrywać ciecz pod nimi w obecności energii geotermalnej” – powiedział Karunatillake.
„Chociaż nasze zasoby na orbicie wokół Marsa nie znalazły żadnych podziemnych warstw wodonośnych, istnieje podejrzenie, że widzimy tylko mniej więcej górny kilometr, ponieważ radar stanowi wyzwanie” – powiedział Meyer.
Ostatecznie rzucenie światła na ewolucję wody na Marsie może dać wgląd w Ziemię i inne planety, powiedział Karunatillake. Tektonika płyt i inna podstawowa aktywność geologiczna na Ziemi są powiązane z oceanami i chemicznie związaną wodą w płaszczu, a zrozumienie historii wody na Marsie może pomóc w odkryciu jej wpływu na geologię czerwonej planety. „Ma to głębokie znaczenie dla tego, czy biosfera będzie mogła kiedykolwiek powstać na Marsie i czy życie podobne do ziemskiego będzie ograniczać się do izolowanych skupisk, jeśli w ogóle będzie to możliwe” – powiedział Karunatillake.
„Mars i Ziemia znów były do siebie podobne” – powiedział Meyer. „Możemy spojrzeć na Marsa, aby sprawdzić, czy rozumiemy podobne procesy na Ziemi tak samo, jak nam się wydaje. Możesz zadawać pytania typu: „Czy życie zaczęło się tam, a jeśli tak, to jak wyglądało, a jeśli nie, czego brakowało”. Problem z odpowiedzią na te pytania na Ziemi polega na tym, że duża część wczesnych zapisów życia na Ziemi została wymazana, więc Mars może być kluczem do odpowiedzi na te pytania.
