Άρης και νερό. Αυτές οι λέξεις μπορούν να πυροδοτήσουν μια χιονοστιβάδα από εικασίες, στοιχεία, υποθέσεις και θεωρίες. Ο Άρης έχει λίγο νερό τώρα, αλλά είναι παγωμένο και το μεγαλύτερο μέρος του είναι θαμμένο. Υπάρχει μόνο ένα μικρό κομμάτι υδρατμών στην ατμόσφαιρα. Τα στοιχεία δείχνουν ότι στο παρελθόν ήταν πολύ πιο υγρό. Στο αρχαίο παρελθόν του, ο πλανήτης μπορεί να είχε έναν παγκόσμιο ωκεανό. Ήταν όμως κατοικήσιμο κάποια στιγμή;
Μια νέα μελέτη λέει ότι δεν ήταν. Ο Άρης έχασε το μεγαλύτερο μέρος του νερού του και όλα έχουν να κάνουν με το μέγεθος του πλανήτη.
«Η εξέταση της παρουσίας, της κατανομής και της αφθονίας πτητικών στοιχείων και ενώσεων, συμπεριλαμβανομένου του νερού, στον Άρη ήταν ένα κεντρικό θέμα της εξερεύνησης του διαστήματος τα τελευταία 50 χρόνια», γράφουν οι συγγραφείς στην εργασία τους. Πολλές αποστολές στον Άρη, είτε πρόκειται για τροχιακό, είτε για προσγείωση, είτε για ρόβερ, περιλαμβάνουν την κατανόηση του νερού του Άρη στους επιστημονικούς τους στόχους. ' Ακολουθήστε το νερό! » ήταν η εύκολη φράση για τη NASA Πρόγραμμα εξερεύνησης του Άρη .
Οι αποδείξεις ότι ο Άρης ήταν κάποτε βρεγμένος χρονολογούνται δεκαετίες πίσω. Οι αποστολές Βίκινγκ έστειλαν τροχιακούς και προσγειωμένους στον Άρη στα τέλη της δεκαετίας του 1970. Οι τροχιοδρομητές τράβηξαν εικόνες γεωλογικών σχηματισμών στον Άρη που έδειχναν την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων νερού στο παρελθόν. Την ίδια εποχή, οι επιστήμονες που μελετούσαν τους μετεωρίτες του Άρη βρήκαν στοιχεία υδατικών προϊόντων καιρικών συνθηκών.
Αυτή η εικόνα από το σκάφος προσεδάφισης Viking 1 δείχνει το Ravi Valles, το οποίο φαίνεται ξεκάθαρα σαν να σχηματίστηκε από τρεχούμενο νερό. Πίστωση εικόνας: Από τον Jim Secosky επιλεγμένη εικόνα της NASA. – http://history.nasa.gov/SP-441/ch4.htm, Δημόσιος Τομέας, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8646399
Πιο πρόσφατες αποστολές έχουν συγκεντρώσει άφθονα στοιχεία ότι κάποτε ο Άρης είχε νερό. Κάμερες σε σύγχρονους τροχιακούς, όπως το Mars Reconnaissance Orbiter της NASA και το Mars Express Orbiter της ESA, έχουν μελετήσει τον Άρη εντατικά. Ο κρατήρας Jezero έχει λάβει πολλή τροχιακή προσοχή, εν αναμονή της αποστολής του Rover Perseverance εκεί. Το Jezero είναι μια αρχαία παλαιολάκη με καθαρά ορατό δέλτα του ποταμού. Κανείς λοιπόν δεν αμφιβάλλει σοβαρά ότι ο Άρης κάποτε ήταν πολύ πιο υγρός από ό,τι είναι τώρα.
Τροχιακή εικόνα του κρατήρα Jezero, που δείχνει το απολιθωμένο δέλτα του ποταμού. Τα χρώματα αντιπροσωπεύουν διαφορετικά ορυκτά που έχουν αλλοιωθεί χημικά από το νερό. Πιστωτικό: NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/Brown UNIVERSITY
Το τι συνέβη με όλο αυτό το νερό είναι ένα φλέγον ερώτημα στην επιστήμη. Η ευρέως αποδεκτή θεωρία είναι ότι ο Άρης έχασε τη μαγνητική του ασπίδα, μετά την παχιά ατμόσφαιρά του και το νερό απλώς διέφυγε στο διάστημα. Το ερώτημα είναι: Ήταν σε θέση να συγκρατήσει αρκετό νερό για αρκετό καιρό ώστε να προκύψει ζωή;
Σε μια νέα εφημερίδα με τίτλο ' Η σύνθεση ισοτόπων καλίου του Άρη αποκαλύπτει έναν μηχανισμό πλανητικής κατακράτησης πτητικών », μια ομάδα ερευνητών αντιμετώπισε αυτό το ερώτημα. Ο πρώτος συγγραφέας είναι ο Zhen Tian από το Τμήμα Επιστημών της Γης και των Πλανητών, στο McDonnell Center for Space Sciences. Η εργασία δημοσιεύεται στο Proceedings of the National Academy of Sciences.
Η απάντησή τους; Ο Άρης είναι πολύ μικρός.
«Η μοίρα του Άρη αποφασίστηκε από την αρχή», είπε Κουν Γουάνγκ , επίκουρος καθηγητής επιστημών της γης και των πλανητικών επιστημών στις Τέχνες & Επιστήμες και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. «Υπάρχει πιθανώς ένα όριο στις απαιτήσεις μεγέθους των βραχωδών πλανητών ώστε να διατηρούν αρκετό νερό για να καταστεί δυνατή η κατοικησιμότητα και η τεκτονική πλάκα, με μάζα να ξεπερνά αυτή του Άρη».
Αυτή είναι η σύντομη απάντηση.
Η μακρά απάντηση αφορά τα ισότοπα καλίου και την παρουσία τους όχι μόνο στον Άρη αλλά και σε άλλα σώματα του Ηλιακού Συστήματος.
Η ομάδα των ερευνητών χρησιμοποίησε σταθερά ισότοπα καλίου για να «εκτιμήσει την παρουσία, την κατανομή και την αφθονία των πτητικών στοιχείων σε διαφορετικά πλανητικά σώματα», δελτίο τύπου ανακοινώνοντας τη μελέτη. Ενώ το ίδιο το κάλιο είναι μόνο μέτρια πτητικό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ιχνηθέτης για πιο πτητικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένου του νερού. Τα μέλη αυτής της ομάδας έχουν ήδη χρησιμοποιήσει τη μέθοδο ανίχνευσης καλίου για να μελετήσουν το σχηματισμό της Σελήνης.
Ο Wang και οι άλλοι ερευνητές μελέτησαν 20 αρειανούς μετεωρίτες που μαζί αντιπροσωπεύουν τη σύνθεση του πυριτικού άλατος του Άρη. Διαπίστωσαν ότι ο Άρης διατηρούσε περισσότερες πτητικές ουσίες όπως το νερό από ότι η Σελήνη. Διατήρησε επίσης περισσότερα από αστεροειδείς όπως η Vesta, που είναι και οι δύο μικρότεροι από τον Άρη. Αλλά βρήκαν το αντίθετο όταν ήρθε στη Γη: ο Άρης έχασε περισσότερα πτητικά, συμπεριλαμβανομένου του νερού. Η συσχέτιση μεταξύ της σύνθεσης του καλίου και του μεγέθους του σώματος είναι σαφώς καθορισμένη, σύμφωνα με την ομάδα.
Αυτή η εικόνα από τη μελέτη δείχνει τις αναλογίες καλίου προς θόριο σε σχέση με τις αντίστοιχες συγκεντρώσεις Κ των μετεωριτών του Άρη, την επιφάνεια του Άρη (GRS), τους βασάλτες της κορυφογραμμής του μέσου ωκεανού της Γης, τους βασάλτες των νησιών του ωκεανού της Γης, καθώς και τη χύδην πυριτική Γη. Το σχήμα υποδηλώνει έναν πρώιμο Άρη, πλούσιο σε πτητικά. (Δείτε τη μελέτη για μια πιο λεπτομερή εξήγηση.) Πίστωση εικόνας: Wang et al 2021.
Ο Άρης και η Γη σχηματίστηκαν από το ίδιο ηλιακό νεφέλωμα , το υλικό που έμεινε μετά το σχηματισμό του Ήλιου. Ως εκ τούτου, ξεκίνησαν με παρόμοιες συνθέσεις. Αλλά όταν η ομάδα ανακάλυψε ότι οι μετεωρίτες του Άρη είχαν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ισοτόπων καλίου από τη Γη, υπονοούσε μεγαλύτερη απώλεια καλίου στον Άρη παρά στη Γη.
Βρήκαν επίσης ότι «οι μεγάλες τιμές πυριτικών της Γης, της Σελήνης, του Άρη και της Vesta συσχετίζονται με την επιφανειακή βαρύτητα» και επίσης με την αφθονία H2O.
«Η ισοτοπική σύνθεση Κ του BSM και η ισχυρή συσχέτιση μεταξύ41Το Κ και η μάζα του πλανήτη αποκαλύπτουν ότι τα μεγέθη των πλανητικών σωμάτων ελέγχουν θεμελιωδώς την ικανότητά τους να συγκρατούν πτητικά. Αυτό θα μπορούσε να ρίξει περαιτέρω φως στην κατοικησιμότητα των πλανητών και να βοηθήσει στον περιορισμό των άγνωστων μεγεθών του σώματος των γονέων», γράφουν οι συγγραφείς στην εργασία τους.
Αυτή η εικόνα από τη μελέτη δείχνει την αφθονία του καλίου και την επιφανειακή βαρύτητα για τη Vesta, τη Σελήνη, τον Άρη και τη Γη. Υπάρχει σαφής συσχέτιση μεταξύ του καλίου και της μάζας του σώματος. Πίστωση εικόνας: Wang et al 2021.
«Ο λόγος για πολύ μικρότερη αφθονία πτητικών στοιχείων και των ενώσεων τους σε διαφοροποιημένους πλανήτες από ό,τι σε πρωτόγονους αδιαφοροποίητους μετεωρίτες ήταν ένα μακροχρόνιο ερώτημα», είπε. Katharina Lodders , ερευνητής καθηγητής επιστημών της γης και των πλανητικών επιστημών και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Η εύρεση της συσχέτισης των ισοτοπικών συνθέσεων Κ με τη βαρύτητα των πλανητών είναι μια νέα ανακάλυψη με σημαντικές ποσοτικές επιπτώσεις για το πότε και πώς οι διαφοροποιημένοι πλανήτες έλαβαν και έχασαν τα πτητικά τους».
Οι συγγραφείς λένε ότι αυτό έχει να κάνει με το πώς οι πλανήτες και άλλα σώματα συσσωρεύονται με την πάροδο του χρόνου. Η απώλεια πτητικών όπως το νερό μπορεί να ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου καθώς τα σώματα μεγαλώνουν κατά συσσώρευση. Τα μεγαλύτερα σώματα απλώς διατηρούν περισσότερα πτητικά από τα μικρότερα σώματα.
Και ιδού το θετικό: «Υπάρχει πιθανόν ένα όριο στις απαιτήσεις μεγέθους των βραχωδών (εξω)πλανήτων για να διατηρηθεί αρκετό H2O για να καταστεί δυνατή η κατοικιμότητα και η τεκτονική των πλακών, με μάζα μεγαλύτερη από αυτή του Άρη», γράφουν οι συγγραφείς στην εργασία τους.
Χωρίς μετεωρίτες Martain πολύ διαφορετικών ηλικιών που χτυπούσαν τη Γη, αυτό το έργο δεν θα ήταν δυνατό. Χρονολογούνται έως και τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, και μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.
«Οι μετεωρίτες του Άρη είναι τα μόνα δείγματα που έχουμε στη διάθεσή μας για να μελετήσουμε τη χημική σύνθεση του όγκου του Άρη», είπε ο Wang. «Αυτοί οι μετεωρίτες του Άρη έχουν ηλικίες που κυμαίνονται από αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια έως 4 δισεκατομμύρια χρόνια και έχουν καταγράψει την πτητική ιστορία της εξέλιξης του Άρη. Μέσω της μέτρησης των ισοτόπων των μετρίως πτητικών στοιχείων, όπως το κάλιο, μπορούμε να συμπεράνουμε τον βαθμό της πτητικής εξάντλησης του όγκου των πλανητών και να κάνουμε συγκρίσεις μεταξύ διαφορετικών σωμάτων του ηλιακού συστήματος».
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει πώς τα σώματα μπορούν είτε να χάσουν είτε να διατηρήσουν πτητικές ουσίες. Το σχήμα Α δείχνει ότι ένας πλανήτης μπορεί να υποστεί πτητική εξάντληση καθώς μεγαλώνει, λόγω διαφορετικών μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένων των επιπτώσεων. Το σχήμα Β δείχνει πώς ένας πλανήτης πρέπει να φτάσει σε κρίσιμο μέγεθος για να διατηρήσει πτητικά, συμπεριλαμβανομένου του νερού. Πίστωση εικόνας: Wang et al 2021.
Λοιπόν, ήταν κάποτε ο Άρης πραγματικά υγρός; Πιθανώς. Ήταν αρκετά υγρό ώστε η ζωή να το κάνει να πάει στον Άρη; Σύμφωνα με τους ερευνητές, δεν είναι πιθανό.
Ένα πράγμα που κάνει η μελέτη είναι να προσθέσει λίγο περισσότερες λεπτομέρειες στην ιδέα μιας κατοικήσιμης ζώνης και στο πώς σκεφτόμαστε τους εξωπλανήτες και την κατοικησιμότητα. Σε μελέτες εξωπλανητών, χρησιμοποιούμε τον όρο κατοικήσιμη ζώνη για να περιγράψουμε τη ζώνη θερμοκρασίας γύρω από ένα δεδομένο αστέρι όπου ένας πλανήτης θα μπορούσε εύλογα να αναμένεται να έχει υγρό νερό στην επιφάνειά του, δεδομένης της σωστής ατμόσφαιρας. Αυτή η μελέτη προσθέτει το μέγεθος του πλανήτη στην όλη ιδέα, αν και δεν είναι η πρώτη εργασία που φέρνει αυτή την ιδέα στο φως.
Εάν ένας πλανήτης στην κατοικήσιμη ζώνη ενός αστεριού είναι πολύ μικρός, απλά θα χάσει το νερό του, ακόμα κι αν ξεκίνησε με μια πιο υγρή επιφάνεια.
«Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει ότι υπάρχει ένα πολύ περιορισμένο εύρος μεγεθών για τους πλανήτες ώστε να έχουν αρκετό νερό αλλά όχι πάρα πολύ για να δημιουργήσουν ένα κατοικήσιμο επιφανειακό περιβάλλον», δήλωσε ο Klaus Mezger του Κέντρου Διαστήματος και Κατοικισιμότητας στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης, στην Ελβετία. συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αυτά τα αποτελέσματα θα καθοδηγήσουν τους αστρονόμους στην αναζήτησή τους για κατοικήσιμους εξωπλανήτες σε άλλα ηλιακά συστήματα».
Για τον ανώτερο συγγραφέα Wang, οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας είναι σαφείς. Το μέγεθος των πλανητών θα πρέπει να δοθεί μεγαλύτερη έμφαση όταν πρόκειται για εξωπλανήτες και κατοικησιμότητα.
«Το μέγεθος ενός εξωπλανήτη είναι μια από τις παραμέτρους που είναι πιο εύκολο να προσδιοριστεί», είπε ο Wang. «Με βάση το μέγεθος και τη μάζα, γνωρίζουμε τώρα εάν ένας εξωπλανήτης είναι υποψήφιος για ζωή, επειδή ένας καθοριστικός παράγοντας πρώτης τάξης για την πτητική διατήρηση είναι το μέγεθος».
Περισσότερο:
- Δημοσιευμένη έρευνα: Η σύνθεση ισοτόπων καλίου του Άρη αποκαλύπτει έναν μηχανισμό πλανητικής κατακράτησης πτητικών
- Βικιπαίδεια: Νερό στον Άρη
- Σύμπαν σήμερα: Ίσως τελικά ο Άρης να μην έχασε το νερό του. Είναι ακόμα παγιδευμένο στον πλανήτη