Kétmilliárd éven keresztül voltak olyan időszakok, amikor rengeteg víz folyt a Mars felszínén, állítja egy friss kutatás, amely a korábban feltételezett eggyel szemben összesen hét nagy éghajlati átmenetet azonosított a bolygó történetében. A ma száraz és hideg Mars felszínén nincs folyékony víz, de nem kizárt, hogy a jövőben egy újabb éghajlatváltozással ismét tavak jelennek majd meg rajta.

Az Edwin Kite, a Chicagói Egyetem és Susan Conway, a franciaországi Nantes Egyetem bolygókutatója által múlt héten a Nature Geoscience folyóiratban publikált átfogó tanulmány szerint a Mars felszíne a Földdel ellentétben nem volt folytonosan lakható, még a régmúltban sem. A megállapításaik kétségessé teszik, hogy az élet a felszínen át tudta vészelni az aszályos időszakokat, így csak a mélyebb régiók és az ott talán máig létező vízrétegek szolgálhattak menedékül.

A kutatók szerint a Mars éghajlatváltozásainak vizsgálata egyfajta természetes laboratóriumként szolgál a bolygók lakhatóságának általános megértésére. Ez szerintük különösen időszerű most, hogy a James Webb űrteleszkóp (JWST) indításával ténylegesen megkezdődött a más csillagok körül keringő kőzetbolygók lakhatóságának vizsgálata.

Ezeket a JWST-megfigyeléseket, például a TRAPPIST-1 csillag körül a lakhatósági zónában keringő bolygók légköréről, hatalmas várakozások övezik. Néhány év múlva pedig elindul az európai Ariel űrtávcső, ami magyar mérnökök és csillagászok közreműködésével ezer exobolygó légkörét fogja vizsgálni, hogy feltárja sokféleségüket.

Kite és Conway tanulmányában arra jutott, hogy a Marson 3,7 milliárd évvel ezelőtt volt a legtöbb víz. Ebben a nagy nedvesedésnek (The Great Wetting) nevezett időszakban tengerek, tavak és folyók színesítették a tájat. Ez nagyjából egybeesik a földi élet kialakulásának, valamint az amerikai űrügynökség Perseverance marsjárója által vizsgálat Jezero-kráter létrejöttének időszakával. A Jezero-kráterben a marsjáró egy évig gurult egy ősi folyó deltatorkolatának maradványain, most pedig a krátert egykor kitöltő tó partját vizsgálja.

Ezután egy átmeneti időszak jött, amiből szulfátásványok maradtak hátra. Az elmúlt években pont ezeket tanulmányozza a NASA másik marsjárója, a Curiosity, pár ezer kilométerrel távolabb, a Gale-kráterben. Úgy tűnik, ez sem egyetlen fokozatos kiszáradásként írható le, mivel időszakosan ekkor is tavak hullámoztak a felszínen. A nagy globális kiszáradásra (The Great Drying) kicsit később, 3,5 milliárd évvel ezelőtt került sor, amikor szinte kizárólag a szél eróziója formálta a marsi tájat.

Néhány százmillió évvel később egyes régiókban újra nedvesebbre fordult az éghajlat, ami miatt a Kaszpi-tengernél nagyobb vízfelületek tudtak kialakulni, és a Valles Marineris kanyonrendszert tengerek töltötték ki. A nedves-száraz időszakok váltakozása egészen 2 milliárd évvel ezelőttig tartott, ami átírja azt a régi elképzelést, hogy a marsi folyékony víz története 3-3,5 milliárd évvel ezelőtt lezárult. Végül az elmúlt 1-2 milliárd évben a marsi táj egyre inkább elnyerte mai formáját, amikor csak különleges periódusokban, minimális mennyiségű víz folyhat a felszínen.

Hogyan ömlött a felszínen a víz, ha gyengébb volt a Nap?

A szakemberek a Mars éghajlati történetét korábbi kutatások alapján rekonstruálták, amelyek leginkább marsszondák által üledékrétegekről és eróziós nyomokról gyűjtött adatokkal foglalkoztak. A legkorábbi, víz jelenlétére utaló nyomok – folyami üledékrétegek és átalakított kráterek – a 4,1-3,7 milliárd évvel ezelőtti Noachian időszak elejéről származnak. Ebben a korszakban a Marsot harmadannyi Napból érkező energia érte, mint amennyi most a Földet, ami látszólag nehezen tenné lehetővé, hogy víz csordogáljon a bolygó felszínén.

A marsi klímaparadoxonnak nevezett ellentmondást Kite és Conway tanulmánya alapján a bolygó mélyéből felszabaduló hidrogénmolekulák és nagy magasságban kialakuló vízjégfelhők (high altitude water ice clouds, HAWIC) által együttesen generált üvegházhatás oldhatja fel. Ez szerintük elég volt ahhoz, hogy közel 4 milliárd évvel ezelőtt folyók kanyarogjanak a bolygón, legalábbis néhány millió évig tartó időszakokban.

Ezután jött a nagyjából egymillió éves nagy nedvesedés, amikor tényleg az egész Marson víz folyhatott. Ebben, a kutatók által éghajlati optimumnak nevezett időszakban ezer kilométer hosszúságú folyók és hatalmas völgyrendszerek jöttek létre, túlcsordultak a kráterekben kialakult tavak, és nagy kiterjedésű tengerek keletkeztek. A hőmérséklet az egyenlítő környékén ekkor nagyjából 5 fok lehetett, és a bolygó pólusait nagy jégsapkák borították. A marsi viszonyok között magas hőmérsékletet és a folyékony víz felszíni stabilitását csak egy mainál vastagabb légkör garantálhatta, ami ebben az időszakban lehetett a bolygó története során a legsűrűbb.

Még két milliárd éve is folyók borították a Marsot

Az ekkor lerakódott, agyagásványokkal teli kőzeteket fokozatosan szulfátásványokban gazdagok kezdték felváltani. Ez gyorsan váltakozó nedves-száraz időszakok jele lehet, ami kedvezhetett az élethez szükséges komplex molekulák létrejöttének. A bolygó azonban már a kiszáradás jeleit mutatta, aminek egyik oka a kutatók szerint a globális mágneses tér hiányában a víz világűrbe történő elvesztése volt.

A nagy kiszáradás a nagy nedvesedéshez hasonlóan az egész Marsot érintette, és emiatt a kutatók szerint csak egy rendkívüli folyamat, a bolygó tengelyferdeségének megváltozása okozhatta. Ilyen egymilliárd évente néhányszor történik, és ha a légkör már nem túl vastag, az az esemény miatt kevesebb mint ezer év alatt szinte teljesen összeomolhat. Később aztán újabb fordulat állt be, és további 1-1,5 milliárd évig bőven volt folyékony víz a bolygó egyes régióiban, de a magasabban fekvő, hidegebb területeken már soha többet nem jelent meg.

A regionális nedvesedést a kutatók szerint ismét a nagy magasságú vízjégfelhők tették lehetővé, de nagyjából 1,8 milliárd évvel ezelőtt már ez sem bizonyult elegendőnek: a vékony légkör nem tudott tovább komolyabb mennyiségű folyékony vizet fenntartani a felszínen. Ezután hozzávetőleg 1 milliárd évvel ezelőtt az utolsó folyók is kiszáradtak az alacsonyabb szélességeken, majd az elmúlt pár száz millió évben pedig már csak hó- és jégolvadásból keletkező víz folyt a felszínen.

A kutatók által rekonstruált hét éghajlati átmenet így foglalható össze:

• legkorábbi időszak – nagy nedvesedés
• nagy nedvesedés – szulfátásványos időszak
• szulfátásványos időszak – nagy kiszáradás
• nagy kiszáradás – regionális tavak
• regionális tavak – folyók végső kiszáradása
• folyók végső kiszáradása – jég- és hóolvadásból keletkező víz
• jég- és hóolvadásból keletkező víz – legutóbbi kiszáradás

Sokáig úgy tűnt, hogy a Mars éghajlatát a Tharsis és Elysium régiók kolosszális vulkánjainak kitörései alakították, de Kite és Conway szerint ezek nem vezethettek volna ennyire gyökeres változásokhoz. Ehelyett a megoldást a bolygó tengelyferdeségének változásában kell keresni, aminek mértéke a Mars mesetében a földi húszszorosa is lehet, és alapvetően képes megváltoztatni a légköri nyomást és a vízjég eloszlását a bolygó felszínén.

Marsi kőzetminták és új szondák kellenek

A kutatók szerint a legfontosabb megválaszolatlan kérdés az, hogy a korai Mars meleg és nedves volt-e, vagy hideg és jeges. Ez a vita régóta megosztja a marskutatókat, mert a geológiai bizonyítékok alapvetően az előbbi elmélet mellett szólnak, a klímamodellek pedig az utóbbi mellett. Egy másik, szintén lényeges kérdés, hogy fennmaradtak-e a felszín alatt olyan vízrétegek, amik esetleg máig lakhatók lehetnek a mikrobáknak.

Annak a kérdésnek a megválaszolásához, hogy ténylegesen mi tette lehetővé a Mars múltbeli lakható éghajlatát, a kutatók szerint két újabb kérdést kell feltenni: mennyire voltak melegek a bolygó nedves időszakai, és mennyire voltak szárazak a Mars hideg időszakai. Az előbbi kérdésre adott válasz lehetővé tenné az üvegházhatás-modellek tesztelését, ami az exobolygók lakhatósági modelljeinek fejlesztésére lenne nagy hatással, az utóbbi megválaszolása pedig feltárhatja, hogy a korai Mars felszíne folytonosan vagy csak időszakosan volt-e lakható.

Kite és Conway szerint mindkét kérdést jelentősen előbbre vinné a lassan 10 milliárdos költséget elérő európai-amerikai marsi mintavisszahozatal, valamint olyan további küldetések, amelyek fejlett radarokkal tudnák vizsgálni felszín alatti rétegeket, és ott még életre alkalmas búvóhelyeket keresni.