Új kémiát és gázciklust fedezett fel az európai-orosz marskísérlet

7159

Hidrogén-klorid gázt fedezett fel a Mars légkörében az ESA-Roszkozmosz ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) keringőegysége. Ez az első alkalom, hogy a bolygó vízvesztését is vizsgáló ExoMars TGO szondával új gázt fedeztek fel.

A Mars kutatásának kiemelt része a biológiai vagy geológiai aktivitáshoz köthető gázok kimérése, illetve a bolygó vízkészleteinek múltbéli és jelenlegi helyzetének felmérése is. Ebből nem csak arra keresik a választ, hogy vajon egykor lakható lehetett-e, hanem arra is, hogy vannak-e elérhető víztározók a jövő űrhajósai számára. Az ExoMars csapatának két új tanulmánya a Science Advances nemzetközi tudományos lapban jelent meg, bennük pedig teljesen új kémiai folyamatok mellett az évszakok változásairól, valamint a felszín és a légkör kölcsönhatásairól is beszámolnak.

Új kémia

Először találtak hidrogén-kloridot a Marson, mellyel egyúttal először leltek halogén gázra is a légkörben, így a bolygó egy teljesen új kémiai ciklusára derült fény. A hidrogén-klorid (HCl) gázt hidrogén és klór atomok alkotják. A különféle klór vagy kén alapú gázok vulkanikus aktivitás potenciális jelzői is lehetnek, többek között ennek is köszönhetik a kiemelt figyelmet. A hidrogén-klorid mérési eredményei azonban más forrásra utalnak, ugyanis azonos időben roppant távoli helyeken bukkant fel, környezetében pedig nem mutattak ki vulkáni aktivitásból származó más gázokat. A felfedezés tehát azt sugallja, hogy valamilyen teljesen új felszín-légkör kölcsönhatás állhat a háttérben, mely a marsi “poros” évszak beköszöntével erősödhetett fel.

Hasonló folyamat a Földön is megfigyelhető. A nátrium-klorid sókat felkapja a szél és a légkörbe juttatja őket – a Mars poros felszínén ősi, mára elpárolgott óceánok hagyhattak hátra hasonló sókat. A beeső napfény felmelegíti a légkört, így a por és a vízpára is párologva felemelkedik a jégsapkákról. A sóval keveredett por kölcsönhat a légköri vízpárával, klórt alakítva ki, mely ezután különböző hidrogéntartalmú molekulákkal kölcsönhatva hidrogén-kloridot formál. További reakciókon keresztül a klórban vagy a sósavban (hidrogén-klorid vizes oldata) gazdag por visszatér a felszínre, esetleg perklorátok formájában (oxigénből és klórból álló sók egy típusa, melyek jelenlétét már korábban például a Curiosity is kimutatta).

Az egész folyamathoz elengedhetetlen a víz, illetve mellékterméke, a hidrogén. A hidrogén-klorid mérései alapján korrelál a légköri por mennyiségével: a hidrogén-klorid mennyisége a déli félteke évszakos melegedésével járó poraktivitás növekedésével megemelkedik.

A marsi hidrogén-klorid kialakulását bemutató infografika. (Forrás: ESA)

A gázt először a 2018-as globális porvihar idején mutatták ki először, az északi és a déli féltekéken egyszerre. Az évszakos porviharos időszak elmúltával a hidrogén-klorid mennyisége is meglepően gyorsan lecsökkent. A következő porviharos évszak elérkezése utáni adatokat vizsgálva látható, hogy ismét növekedni kezdett a légköri hidrogén-klorid gáz mennyisége. A felszín és a légkör teljes, klór-alapú körforgásának megértéséhez a mérések folytatása mellett modellezés, illetve alapos laboratóriumi vizsgálatok is kellenek.

A felfedezés hatalmas mérföldkő az ExoMars TGO küldetés számára, hiszen az ESA Mars Express 2004-es metán felfedezése óta ez az első új gáztípus, amit megfigyeltek.

Éghajlatváltozás a vízpárából

Új légköri gázok felfedezése mellett a TGO arról is mesél nekünk, hogyan veszíthette el a Mars korábbi vízkészleteit. Egykoron folyékony víz folyhatott a bolygó felszínén, ahogyan ezt számos, mára kiszáradt folyómeder, csatorna is mutatja. Ennek a víznek a java része valószínűleg mára a jégsapkákban, illetve a felszín alatt fagyottan maradhatott meg. A vízvesztés azonban mára sem állt meg, hidrogén és oxigén formájában még ma is kimutatható a víz szökése a légkörből.

A különböző potenciális víztározók kölcsönhatásainak, illetve szezonális változásainak megértése kulcsfontosságú a marsi klímaváltozás megértéséhez. Ehhez a vízpárát, illetve a “félig nehézvizet” (az egyik hidrogénatom helyett deutériumatom van benne) érdemes tanulmányozni. A deutérium és hidrogén arányának (D/H) megfigyelésével a marsi víz történetéről tanulhatunk, illetve arról, az idők során hogyan változott a bolygó vízvesztése.

Az ExoMars Trace Gas Orbiter keringőegységének segítségével olyan pontosan meg tudják figyelni a különböző víz izotópok légköri útját, mint még soha. Korábban csak a teljes légköri magassághoz mért átlagos mennyiségét lehetett kimutatni; kicsit olyan ez, mintha eddig 2D-ben láttunk volna, mostantól pedig már 3D-ben vizsgálhatjuk a légkört.

Az ExoMars Trace Gas Orbiter keringőegység vízpáraméréseit bemutató infografika. A hidrogén és deutérium arányát, valamint a légkörben mozgó vízpárának az útját is meg tudja mérni. (Forrás: ESA)

Az új mérési eredmények szerint a D/H arány évszak és magasság szerint is erősen változik a víz párolgásával. Az adatok szerint mikor teljes mértékben elpárolgott, a félig nehézvíz mennyisége általában megnövekszik, mindegyik marsi víztározó felett a Földön megszokott D/H arány hatszorosát mérték ki; ez alapján is arra következtethetünk, hogy fejlődése során a Mars rengeteg vizet veszített.

A 2018 áprilisa és 2019 áprilisa között gyűjtött adatokban háromszor is mértek megnövekedett vízvesztési rátát a légkörben: a 2018-as globális porvihar alatt, egy rövid, de intenzív regionális vihar idején 2019 januárjában, valamint az évszakos változásokhoz köthetően a nyári hónapokban a déli jégsapka felett. A déli féltekén “felhőszerűen” emelkedő vízpáratömeget is mértek, ami potenciálisan minden déli nyár során vízpárát juttathat a légkör felső rétegeibe.

A jövőben a Mars légkörének felső rétegeit mérő NASA MAVEN keringőegységével együttműködve egyre részletesebb képet kaphatunk a marsi évek alatt elszökő vízpáráról.

Forrás: ESA

Hozzászólás

hozzászólás