A Mars a Földhöz való közelsége és hasonlósága miatt a legalaposabban tanulmányozott égitest. A kutatók számos műholddal, a felszínt elérő távirányítású szondával és marsjáróval, valamint már egy helikopter drónnal is vizsgálták Naprendszerbeli szomszédunkat, aminek köszönhetően a Föld után a Mars a legjobban ismert bolygó. Ám ennek ellenére még jó néhány komoly kérdés vár megválaszolásra az égitesttel kapcsolatban. Olyan kérdések, amelyek a két bolygó közelsége és a hasonlóságaik miatt a Föld távoli jövőjével és múltjával kapcsolatban is fontosak lehetnek.
Nyilvánvaló jelekből tudjuk például, hogy a Marson valaha óceánok hullámoztak, és azokat mágneses tér védte. De vajon minek köszönhette egyáltalán a létét ez a mágneses tér, és hová tűnt el olyan hamar? Ezeket a kérdéseket vizsgálja munkatársaival Kei Hirose, a Tokiói Egyetem professzora a Föld- és Bolygótudományi tanszék laboratóriumában újszerű módszerekkel.
„A Föld mágneses terét a bolygó olvadt fémmagjának elképzelhetetlenül hatalmas örvénylő áramlásai hozzák létre. Feltételezések szerint a többi bolygó mágneses terei is hasonlóképp jönnek létre” – kezd mondandójába Hirose. – „Noha a Mars belső összetételét még nem ismerjük pontosan, a meteorok vizsgálata arra enged következtetni, hogy kénnel dúsított olvadt vas alkotja. A NASA InSight szondájának a Mars felszínén végzett szeizmológiai mérései pedig arra utalnak, hogy a Mars magja nagyobb és kevésbé sűrű, mint korábban gondolták. Ez arra utal, hogy további könnyű elemek, például hidrogén is jelen vannak a magban. Ezeknek a részleteknek az ismeretében olyan vasötvözeteket állítottunk elő és vizsgáltunk meg, amilyenek elképzeléseink szerint a Mars magját alkotják.”
A kísérletekben gyémántok és lézerek is szerephez jutottak és meglepő eredményt hoztak. A kutatást vezető doktorjelölt, Shunpei Yokoo egy bizonyos, a Mars magjának feltételezett összetételét reprezentáló vas-kén-hidrogén (Fe-S-H) ötvözetet vizsgált munkatársaival. Az anyagmintát két gyémánt közé helyezve hatalmas nyomásnak vetették alá, miközben infravörös lézerrel fűtötték, így szimulálva a bolygó középpontjában feltételezett hőmérsékleti és nyomásviszonyokat. A mintában végbemenő folyamatokat, időbeli változásokat eközben röntgen- és részecskesugarak segítségével figyelték meg.
„Meglepetésünkre egy olyan jelenséget figyeltünk meg, ami sok mindent megmagyaráz. A kezdetben homogén Fe-S-H-ötvözet két folyékony fázisra vált szét, de olyan összetett módon, amit ilyen nyomásviszonyok mellett még sosem figyeltek meg” – részletezi Hirose. – „Az egyik vasfolyadék kénben, a másik pedig hidrogénben volt dúsabb. Ez lehet a kulcs a Mars körüli mágneses tér születéséhez és megsemmisüléséhez is.”
A hidrogénben gazdag, de kénben szegény vasolvadék, minthogy sűrűsége alacsonyabb, a sűrűbb kéngazdag és hidrogénszegény olvadék fölé emelkedik, ami konvektív elektromos áramot hoz létre. Ezek a Föld magjában megtalálhatóhoz hasonló áramlások olyan mágneses teret hozhattak létre, ami képes lehetett megtartani a hidrogént a fiatal Mars légkörében, ami pedig lehetővé tette, hogy a bolygón folyékony állapotban lehessen jelen a víz.
Ám mindez nem tartott sokáig. A Föld belsejének tartós áramlásaival ellentétben a Mars magjában jelenlévő kétféle folyadékfázis előbb-utóbb teljesen elkülönült egymástól, ekkor pedig megszűntek a mágneses teret fenntartó elektromos áramlások. Amikor pedig leépült a bolygó mágneses tere, a napszél elfújta a hidrogént a marsi légkörből. Így a vízpára lassan lebomlott, az óceánok pedig menthetetlenül elpárologtak. A marsi óceánoknak immár négymilliárd éve befellegzett.
A kutatók arra számítanak, hogy eredményeik ismeretében a jövőbeli marsi szeizmológiai mérések meg fogják erősíteni, hogy a bolygó magját valóban két elkülönült folyadékfázis alkotja. Mindez a kőzetbolygók, köztük a Föld kialakulásának és összetételének a jobb megismerését is elősegítheti. „Attól azonban nem kell tartanunk, hogy a Föld mágneses tere is megszűnne a közeljövőben. Ez még legalább egymilliárd évig nem fog megtörténni” – nyugtat meg bennünket Hirose.
Forrás: Tokiói Egyetem, Yokoo et al. (2022) Nature Communications
