Titokzatos tavat rejt a Mars déli jégsapkája

A politikusokat tényekkel kell szembesíteni. A tudomány tényeket gyárt. Segíts minél többet publikálni belőlük!

Négy évvel ezelőtt olasz kutatók bejelentették, hogy egy tóra bukkantak a Mars déli jégsapkája alatt, de azóta a szenzációs bejelentést több kritika érte. A jégtakaró domborzatának furcsaságai viszont megerősíthetik a folyékony víz jelenlétét - állítja egy múlt héten a Nature Astronomy folyóiratban közölt kutatás.

A vitatott felfedezést 2018-ban publikálták a Science-ben, a Mars Express űrszonda mérései alapján. Ezek a bolygó déli pólusának nagyrészt vízjeget tartalmazó jégtakarója alatt fényes radarvisszaverődéseket mutattak, amiket a kutatók egy gleccser alatti, folyékony víz által létrehozott tóként értelmeztek. Újabb eredményeiket, melyben több tó létezéséről számoltak be, 2021-ben publikálták a Nature Astronomyban.

A Mars Global Surveyor űrszonda 2000-ben készült felvétele a déli jégsapkáról, amit fehér szén-dioxid-jég borítFotó: NASA/JPL/MSSS

Az Ultimi Scopuli régióban látottakat más kutatók szerint fémekben gazdag ásványok vagy agyagásványok is létrehozhatják, egyszerűen a jégtakaró alatti anyagok elektromos vezetőképességének megváltoztatásával. A 2021-es tanulmányra szeptember 26-án közölt reakcióban Daniel Lalich, a Cornell Egyetem kutatója és kollégái szén-dioxid-jég, poros vízjég és alapkőzetrétegek által létrehozott interferenciát teszik felelőssé a radarvisszaverődések létrehozásáért. A kutatók szerint az eltérő, egymásra rakódott rétegeket feltételező modelljük jól megmagyarázza a radaros méréseket folyékony víz nélkül is.

A 2018-ban a Science-ben közölt radaros mérések, amik egy tavat tártak fel az Ultimi Scopuli régióbanFotó: DOI: 10.1126/science.aar7268

A legújabb fejlemény Neil Arnold, a Cambridge-i Egyetem gleccserkutató professzorához és kollégáihoz kötődik, akik a feltételezett tavakat borító jégtakaró (SPLD, South Polar Layered Deposits) domborzatát vizsgálták. A kutatók adataikat a NASA 1997-2006 között a bolygó körül dolgozó Mars Global Surveyor űrszondájától nyerték. A szonda addig példátlan, másfél méteres felbontású kamerával derítette fel a marsi felszín érdekességeit, és megalapozta a 2004-ben a bolygóra érkező Spirit és Opportunity marsjárók sikeres küldetését.

A Földön jellegzetes nyomot hagynak a felszínen a gleccser alatti tavak

A Földön a gleccser alatti tavak gyakoriak, az antarktiszi jégtakarónál eddig közel négyszázat, a grönlandi jégtakarónál pedig több mint ötvenet találtak. A jég és az alapkőzet közé ékelődött víz folyékony tud maradni, mivel a felette elhelyezkedő jég nyomása kissé lecsökkenti olvadáspontját, a geotermikus hő kevésbé veszik el a jégtakaró hőszigetelésének köszönhetően, és a jég folyása által okozott súrlódás további hőt generál.

A Mars pólusai télen még az Antarktiszon valaha mért legalacsonyabb hőmérséklethez képest is 60 fokkal fagyosabbak, amikor a felszíni hőmérséklet -153 fokosra csökken. Arnoldék szerint a bolygó hideg és száraz éghajlata miatt sokáig az volt az elterjedt nézet, hogy a Mars jégtakarói teljesen fagyottak, amíg 2018-ban a Mars Express MARSIS radarjának adatait nem publikálták.

Az antarktiszi Vosztok-tó felett látványosan lapos a jégtakaróFotó: NASA/RADARSAT

A kutatók szerint a Földön a gleccser alatti tavak jellegzetesen befolyásolják a felettük elterülő jégtakarók domborzatát. Ezt a gleccser folyási sebességére mért hatásukon keresztül érik el, ami ahhoz köthető, hogy a víztömeg mérsékli vagy eltünteti az alapkőzet és a jég közötti súrlódást. Bár bolygónkon ezeket a tavakat általában radarokkal találják meg, néhányat a felszínre mért hatásuk segítségével fedeztek fel. Nagyobb tavaknál ugyanis az őket borító jégtakaró ellaposodik, amire jó példa a kelet-antarktiszi jégtakaró alatt 4 kilométeres mélységben elhelyezkedő, 260 kilométer hosszú és 50 kilométer széles Vosztok-tó.

Ez adta Arnoldnak és munkatársainak az ötletet, hogy átkutassák a Mars Global Surveyor lézeres magasságmérő (MOLA) műszere által a jégtakaró domborzatáról gyűjtött méréseket. A MOLA a felszín nagyobb területű magasságváltozásainak meghatározására alkalmas, mivel pixelenként 230 méteres felbontásban mér, függőlegesen 1 méteres pontossággal. Kiderült, hogy a feltételezett tavak feletti jégtakaró nagyrészt sík, azt csak 60 kilométerre délre található mélyedések és 30 kilométerre északra elhelyezkedő hasadékrendszerek törik meg.

A régió közepén, egy 30 kilométeres sugarú kör mentén a domborzat ettől jelentős eltéréseket mutat. A feltételezett tó északkeleti oldalán a jég folyási irányával megegyezően egy hosszú, 7 méter magas kiemelkedés fut végig, amit 10 kilométerre délnyugati irányban, a tó közepe táján, egy 4 méter mély mélyedés követ. A kutatók szerint a regionális domborzattól észlelt különbség mértéke és az, hogy ezt a jég folyásirányával megegyezően mutatkozik meg, nagyon hasonló az apróbb antarktiszi tavaknál megfigyelthez. Ezeknél a 10-20 kilométer átmérőjű földi tavaknál a marsihoz hasonló, 5-10 méteres eltéréseket figyeltek meg.

Elnyúlt alakú tó passzol legjobban a felszíni domborzathoz

A szakemberek ezután azt vizsgálták, hogy az észlelt domborzati furcsaságokat valóban létre tudja-e hozni egy gleccser alatti tó. Ehhez a NASA JPL kutatóintézete és a Kaliforniai Egyetem által közösen kifejlesztett jégtakarómodell, az ISSM segítségével folytattak kísérleteket.

A vizsgálatok során egy 20 kilométer átmérőjű és egy a 7 méter magas kiemelkedéshez hasonló hosszúságú, ellipszis alakú tavat vizsgáltak. A modellel azt tanulmányozták, hogy mekkora mértékű, a Mars mélyéről érkező hő kell a tó folyékonyan tartásához, és mennyi idő alatt jöhetnek létre a megfigyelt domborzati formák.

Ehhez azt vették alapul, hogy a víz perklorátokban gazdag, erősen sós oldat lehet, amelynek olvadáspontja mindössze -73 Celsius-fok a helyi körülmények között. Bár a Földön magas sókoncentrációban is megélnek extremofil mikrobák, a perklorátok erős oxidálószerekként nem éppen barátságosak az élet számára.

Arra jutottak, hogy a folyékony víz létrehozásához már négyzetméterenként 60 milliwattnyi (mW/m2) hőáramérték is elég. Magyarországon ez az érték átlagosan 90, míg a Marson 30 körül alakul. A megfigyelt felszínformák már 500 ezer-1,5 millió év alatt létrejöhetnek, ha a területet több geotermikus hő éri, kisebb hőáramértékkel számolva pedig 2-5 millió év kell kialakulásukhoz.

A bal oldali ábrán fekete körvonallal a 2018-ban azonosított tó, fehér nyilakkal a domborzat kiemelkedései és mélyedései láthatók. A jobb oldali ábrán az adatokra legjobban illeszkedő tó látható fekete körvonallal és a modell által jelzett felszíni magasságváltozással.Illusztráció: 10.1038/s41550-022-01782-0

A domborzati anomáliákhoz statisztikailag egy elnyújtott alakú, a legfényesebb radarvisszaverődésre illő tó passzol a legjobban, amit legalább a marsi átlagos hőáramérték kétszerese (>60 mW/m2) fűt. A tó formája a kutatók szerint azt valószínűsíti, hogy a geotermikus hőforrás is inkább egyenes alakú. Úgy vélik, ha a jégtakaró más, hasonló radarvisszaverődésekkel rendelkező pontjain is ilyen felszíni változásokra bukkannak, az azt jelentheti, hogy a gleccserek alatti tavak gyakoribbak a Marson, mint eddig gondoltuk.

Ma nem tudjuk, hogy a Marson 3,5-4 milliárd éve kialakult-e mikrobiális élet. Erre legkorábban a NASA Jezero-kráterben vizsgálódó Perseverance marsjárója és a marsi mintavisszahozatal adhatja meg a választ. A déli jégsapka alatti tó igazi jelentőségét az adja, hogy ha egyszer létrejött a bolygón az élet, nem kizárt, hogy több milliárd évvel később mélyen a felszín alatti, geotermikus hő által fűtött menedékhelyekre húzódott vissza.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: