A Mars 3,5 milliárd évvel ezelőtt többnyire hideg és jeges bolygó volt, időszakos, összességében néhány millió évig tartó melegebb, felszíni folyékony vízben bővelkedő időszakokkal, legalábbis egy új kutatás szerint. A Nature Geoscience folyóiratban március 8-án közölt tanulmány nagy lépést tesz az ősi Mars éghajlatáról folyó több évtizedes tudományos vita megoldása felé, és leszűkítheti azt az időszakot, amikor élet létezhetett a bolygó felszínén.

A marskutatókat megosztó vita két meghatározó hipotézise alapvetően vagy meleg és nedves, vagy hideg és jeges egykori körülményeket feltételez. Előbbi mellett szólnak egyes geológiai és felszínalaktani bizonyítékok, a megfigyelt ősi folyóvölgyek, tavak és a víz általi erózió nyomai, az utóbbi mellett pedig az egykori marsi éghajlatot leíró klímamodellek és a Nap akkori, a mostaninál 20-25 százalékkal kisebb sugárzási kibocsátása. Ez az ellentmondás marsi klímaparadoxonként ismert.

Még tavaly augusztusban írtunk egy korábbi kutatásról, amely arra talált bizonyítékokat, hogy a Mars folyóvölgyeinek egy részét nem folyékony víz formálta, hanem gleccserek, ami egy hidegebb és jegesebb bolygó képét vázolja fel. Egy másik, az amerikai űrügynökség Curiosity marsjárójával foglalkozó, tavaly decemberi cikkünkben pedig olyan, a marsjáró kémiai laboratóriuma által gyűjtött bizonyítékokat ismertettünk, amelyek alapján a szonda leszállóhelyét, a Gale-kráter egy részét kitöltő tó időszakosan befagyhatott. Ez is abba az irányba mutat, hogy már az ősi marsi környezettől sem voltak idegenek a hidegebb, az élet számára barátságtalanabb időszakok.

Az új, márciusban közölt kutatás jelentősége egy olyan légkör változásait leíró éghajlati modellben rejlik, amely hidrogén és más üvegházhatású gázok marsi légkörbe kerülésének és onnan való eltűnésének, majd a ciklus ismétlődésének hatását veszi figyelembe. Relatíve több hidrogén és szén-dioxid légköri jelenléte esetén (redukáló légkör) az ősi környezet melegebb lehetett, míg olyan időszakokban, amikor a légkört nagyobb oxigéntartalom jellemezte (oxidáló légkör), hidegebb, hozzávetőleg -33 Celsius-fok körüli éves globális átlaghőmérséklettel.

A kutatók modellje arra utal, az ősi Marson ezek az időszakok többször válthatták egymást, a légkör összetételétől és az erre ható folyamatoktól függően. Ez lehet vulkáni aktivitás, nagyobb meteoritbecsapódások, vagy a kérget formáló változások. A melegebb időszakok a tanulmány szerzői szerint elég hosszúak – összességében néhány millió évet lefedők – lehettek ahhoz, hogy ki tudjanak alakulni a Marson megfigyelt, folyékony víz által formált folyóvölgyek és más hasonló struktúrák. Összességében úgy látják, hogy egy időszakosan változó környezet forgatókönyve egybevág a rendelkezésre álló geológiai bizonyítékokkal.

Az új kutatás az említett két korábbival összhangban némileg árnyalja azt a képet, hogy a Mars a múltban több száz millió évig óceánokkal tarkított kék bolygó lett volna, ugyanakkor nem zárja ki az élet kialakulásának lehetőségét. Nem túlzás az sem, hogy a Mars egykori éghajlatának és légkörének modellezése segítheti hasonló kérdések vizsgálatát saját bolygónk esetén. Tágabban nézve a Földhöz hasonló kőzetbolygók, a Mars és a Vénusz vizsgálata a saját bolygónk múltjáról, jelenéről és jövőjéről is kulcsfontosságú információkal szolgálhat.

Részleges megoldás a marsi klímaparadoxonra

A kutatók eredményeik alapján több, felszíni mérésekkel tesztelhető előrejelzést is tettek. Az egyik ezek közül a folyóvölgyek és hasonló struktúrák kialakulására vonatkozik, és azt feltételezi, hogy azok több, egymástól elkülöníthető időszakokban jöttek létre, nem pedig egyetlen, hosszú, melegebb periódusban. Felszíni, hematit (vasoxid) és mangán-oxid ásványokat tartalmazó minták vizsgálatával ugyanígy ellenőrizhető lehet az a modelljüket megalapozó hipotézis, miszerint a Marsnak egykor időszakosan hidrogénben gazdag, kémiailag redukáló légköre lehetett.

A szerzők arra is emlékeztetnek, hogy oxigénben gazdag légkör élet nélkül is létrejöhet, pusztán kémiai folyamatok révén, így óvatosan kell majd kezelni ilyen esetleges megfigyeléseket Naprendszeren kívüli exobolygók esetén. Emellett kiemelik azt is, hogy az oxidáló környezet nem kedvez biológiai szempontból releváns molekulák kialakulásának. Ezzel a kutatás eredményei leszűkíthetik azt az időszakot, amikor kialakulhatott vagy fennmaradhatott az élet a Mars felszínén. Ugyanakkor egyértelművé teszik, hogy az általuk feltételezett dinamikus marsi környezet lehetőségeket is teremt az élet kialakulása számára olyan időszakokban, amikor melegebb és nedvesebb volt a környezet, és a légkör összetétele is kedvezőbb volt.

Amint azt Nicolas Mangold bolygókutató a tanulmánnyal együtt megjelent véleménycikkében kifejti, a modell jól magyarázza, mi történhetett a Marson 3,2-3,7 milliárd évvel ezelőtt, a Hesperiannak nevezett időszakban, azonban kevésbé meggyőző a megelőző, 3,7-4,1 milliárd évvel ezelőtti marsi korszakra, a noachianra nézve. A noachianban a legtöbb szakember szerint nagy mennyiségű folyékony víz lehetett a Mars felszínén, amelyek akár nagyobb tavakat, talán egy északi óceánt is létrehozhattak. Ennek a periódusnak a vége felé alakult ki a Jezero-kráterben lévő egykori tó- és folyó- deltatorkolat is, amelynek maradványait a következő hónapokban vizsgálja majd a Perseverance. Több ezer kilométerre tőle a NASA Curiosity marsjárója eközben a Gale-kráterben azt tárja fel, hogyan lett egyre szárazabb a marsi környezet a hesperian időszakban.

A Curiosity felszíni munkája mellett új modellek segítenek megérteni, hogyan és hova tűnt el néhány százmillió év alatt a víz a Mars felszínéről. Korábban az volt az általános elgondolás, hogy a bolygó globális mágneses terének megszűnése után, amely a napszéltől védte légkörét, a bolygó fokozatosan vesztette el vízkészletét úgy, hogy a vízmolekulák a légkörből a világűrbe távoztak. Egy a Science folyóiratban nemrég megjelent tanulmány szerint azonban a bolygó vízkészletének 30-99 százaléka nem elveszett, hanem a kéreg kőzeteiben tárolódhat. Az utóbbi modell alapján elképzelhető, hogy a vízkörforgásban résztvevő víz 40-95 százaléka már a noachian időszak végére a kéregbe távozott, örökre megváltoztatva a Mars történetét. A Föld az elmélet szerint azért nem jutott erre a sorsra, mert a lemeztektonika a vulkanizmus révén lehetővé teszi a kéreg kőzeteiben megkötött a víz felszabadulását.

Egyértelműbb válaszokat arra, hogy mennyire hosszan lehetett az ősi Mars barátságos környezet az élet számára, a Curiosity és Perseverance következő években végzett felszíni vizsgálataitól, illetve marsi kőzetminták Földre való, 2031-ben tervezett visszahozatalától várhatunk.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: