A porviharok erősítik a Mars vízvesztését

Szerző: Rezes Dániel

A regionális kiterjedésű homokviharok elősegítik a Mars vízvesztését és fontos irányító szerepük van a bolygó légkörének fejlődésében – írja a Nature Astronomy folyóiratban frissen megjelent tanulmányában egy nemzetközi együttműködésben dolgozó kutatócsoport.

A szakemberek az eredményeket három űrszonda adatainak együttes elemzésével érték el. Ezek az űrszondák a NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) és Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) Orbiter nevű űreszközei, valamint az ESA Trace Gas Orbiter (TGO) nevű eszköze voltak. A 2005-ben az USA-beli Cape Canaveralból fellőtt MRO elsődleges feladata, hogy bizonyítékot keressen arra, hogy létezett-e víz a Mars felszínén elegendő időn keresztül ahhoz, hogy abban élet tudjon kialakulni. Ehhez a nagy horderejű feladathoz az űrszonda extrém közeli felvételeket készít a marsi felszínről, felszín alatti vízre utaló nyomokat keres, a bolygó légkörében jelen levő por és víz eloszlásáról gyűjt adatokat, valamint megfigyeli a napi globális időjárást is. A 2013-ban szintén Cape Canaveralból útjára indult MAVEN küldetés az első olyan űrszonda, mely kifejezetten a marsi atmoszféra felső részére fókuszál. Fő feladata, hogy meghatározza azt, hogy a légköri gázok űrbe történő eltávozásának milyen szerepe van a bolygó klímájának időbeli változásában. Ehhez a MAVEN a légköri gázok elszökésének jelenlegi sebességét határozza meg, így a napjainkban végbemenő folyamatok tanulmányozásával a múltban bekövetkezett atmoszférikus folyamatok fejthetőek vissza. A 2016-ban Bajkonurból fellőtt TGO célja pedig a metán és más kis koncentrációban (<1%) jelen levő gázok légköri hatásainak jobb megértése, valamint hogy ezek utalhatnak-e bizonyos biológiai vagy geológiai folyamatokra.

Homokvihar a Hellas-medencében, 2001-ben (NASA)

A marsi homokviharok során a bolygó légkörének felsőbb szintjei felmelegednek, ezáltal megelőzik a felfelé áramló vízgőz kifagyását, így az magasabbra képes feljutni az atmoszférában. Ezen a szinten a vízmolekulák védtelenné válnak a Napból érkező ultraibolya-sugárzással szemben, mely atomjaikra, vagyis hidrogénre és oxigénre bontja őket. A kis tömegű hidrogénatomok könnyen eltávoznak az űrbe, míg a nagyobb tömegű oxigénatomok egy része szintén kiszökik, másik részük pedig visszatér a felszínre. Az, hogy ennek a folyamatnak köszönhető a Mars felszínén egykor létezett vizek legnagyobb részének távozása már régóta gyanították a kutatók, azonban nem voltak tudatában annak, hogy milyen jelentős a regionális kiterjedésű porviharok hatása. Utóbbiak csaknem minden nyáron végig söpörnek a Mars déli félgömbjén. Azelőtt a szakemberek a vízvesztést leginkább a 3-4 marsi évente bekövetkező, teljes bolygót átszelő porviharokhoz és a déli félgömb forró nyaraihoz kötötték. Ezzel szemben a friss elemzések kimutatták, hogy a Mars kétszeres vízmennyiséget veszít el egyetlen regionális homokvihar során, mint amennyit elveszít egy teljes, regionális homokviharok nélküli, déli félgömbi nyár alatt.

A Mars Global Surveyor űrszonda képe a homokviharok nélküli, tiszta Marsról (bal oldalon, 2001. június)
és a bolygót átszelő porviharról (jobb oldalon, 2001. július) (NASA)

A 2019-es év januárja és februárja közötti időszak példa nélküli alkalmat teremtett arra, hogy a kutatók megfigyelhessenek egy marsi homokviharban végbemenő valamennyi folyamatot azonos időben. Erre a fentebb felsorolt űrszondák pályáinak együttállása során nyílt lehetőség. Ez volt az első olyan esemény, melyre ennyi különböző küldetés egyidőben fókuszált. Az MRO a felszíntől 100 km-es magasságig mérte a hőmérsékletet, valamint a légköri por és vízjég koncentrációját. Ezt az adatot a TGO ugyanabban a magasságközben a vízgőz és jég koncentrációjának mérésével egészítette ki. A MAVEN mérései az előbbiekkel egy időben pedig megmutatták a hidrogén mennyiségét a felszíntől mért 1000 km-es magasságban.

A Viking-1 űrszonda marsi felhőkről készült képe (1976) (NASA/JPL)

A homokvihar kezdete előtt a TGO műszerei az atmoszféra alsó részén vízgőz jelenlétét mutatták ki. A vihar folyamán a légkör lentről fölfelé haladva felmelegedett és így a vízgőz a tipikus kifagyás helyett magasabb szintekre jutott. A műszerek az atmoszféra középső régióiban a homokvihar kezdetén a vihar előtti állapothoz képest tízszeres mennyiségű vizet detektáltak. A vihar közben a vízjégből álló felhők eltűntek a légkör alsó részének megemelkedett hőmérséklete miatt, holott azelőtt nem sokkal a MAVEN a Tharsis-régió vulkánjai fölött vízjégből álló felhőket észlelt. Később, a homokvihar elmúltával ezek a felhők ismét kialakultak. A MAVEN mérései azt is kimutatták, hogy az atmoszféra magasabb részein a homokvihar folyamán a hidrogén mennyisége 50%-al megemelkedett.

A frissen megjelent tanulmány új irányt mutat a korábbi modellekkel szemben és rávilágít, hogy milyen fontos szerepe van a regionális homokviharoknak a Mars kiszáradásában és a bolygó atmoszférájának alakulásában.


Források:
[1] http://www.sci-news.com/space/martian-water-09971.html
[2] Chaffin, M. S., Kass, D. M., Aoki, S., Fedorova, A. A., Deighan, J., Connour, K., … & Korablev, O. I. (2021). Martian water loss to space enhanced by regional dust storms. Nature Astronomy, 7 p.
[3] https://mars.nasa.gov/mro/mission/overview/
[4] https://lasp.colorado.edu/home/maven/about/
[5] https://exploration.esa.int/web/mars/-/46475-trace-gas-orbiter