Megvan, miért vált kietlen pusztasággá a Mars

2015.11.05. 20:15

Tudjuk, hogy a vörös bolygó valaha nagyjából úgy festhetett, mint a Föld – eddig azonban a csillagászok csak találgattak, hogy miért tűnhetett el a Mars vastagabb légköre. Úgy tűnik, a jelenségre a napkitörések adhatják meg a választ.

A Mars nem festett mindig úgy, ahogy ma ismerjük. A vörös porral borított, kietlen pusztaság helyett felszínét kiterjedt óceán borította, légköre vastagabb volt, mint most, ebből adódóan a hőmérséklete sem lehetett annyira extrém, mint napjainkban. Az atmoszféra miatt nem jutott akkora dózisú kozmikus sugárzás a bolygó felszínére, mint jelenleg – ezért a kutatók azt feltételezik, hogy valaha életet is hordozhatott a hátán.

Ma már kietlen vidék

Egészen eddig kutatók csak találgattak, hogy mi okozhatta a marsi atmoszféra szinte egészének köddé válását, ezzel együtt a mostaninál sokkal barátságosabb egykori klíma megváltozását. Jelenleg a bolygó légköre nagyon ritka (a felszíni légnyomás 0,75%-a a földinek), olyan, a földihez hasonló védő mágneses mezeje nincs, ami megszűrhetné a Napból és az űrből érkező sugárzásokat. Az egyébként is elhanyagolható atmoszféra 95%-a szén-dioxid, 3%-a nitrogén,szabad oxigén csak olyan elenyésző mennyiségben található a rendkívül ritka légkörben, hogy az általunk ma ismert élő szervezetek számára alkalmatlan a túléléshez. A felszíni hőmérséklet szélsőséges: pályájának Naptól legtávolabbi pontján a déli féltekén akár -125 Celsius-fokra is lehűl a hőmérséklet, a marsi meleg maximális hőfoka pedig 20-25 Celsius-fok körül mozog, igaz, ez a hőmérsékleti „kilengés” nem tekinthető túl gyakori jelenségnek.

Így fest egy marsi naplementeForrás: NASA

A MAVEN misszió mesél

Pontosan nehéz meghatározni, hogyan festett a Mars akkor, amikor még jobban hasonlított a Földhöz. Ahhoz, hogy meg tudják állapítani, miért vált sivár, kietlen por- és sziklatengerré az egykor sokkal barátságosabb bolygó, elsőként azt kellett meghatározniuk a kutatóknak, hogy miként tűnt el a marsi légkör nagy része, ami megvédte a planétát a káros külső hatásoktól. A Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) misszió során, úgy tűnik, sikerült megfejteni a titkot: a katasztrófáért a napkitöréseket kell okolni.

Forrás: NASA
A MAVEN misszió
A MAVEN missziót 2013 novemberében indították útjára, fő célja mindig is a marsi ionoszféra, atmoszféra és az ezeket befolyásoló napszelek, illetve napkitörések vizsgálata volt. A szonda felszínén összesen nyolc műszer monitorozza a bolygó atmoszférájának tulajdonságait. A projekt vezető kutatója Dr. Bruce Jakosky, a Coloradói Egyetem professzora. A végső cél annak megállapítása, hogy miért tűnt el a marsi atmoszféra nagy része, valamint azt is kideríteni, hogy kialakulhattak-e olyan időjárási körülmények, amelyek akár az élet fennmaradását is lehetővé tették a felszínen.

Módosul a mágnesesség

Kiderült, hogy a napkitörések során a Mars felső légkörének ionjai sokkal nagyobb mértékben hagyták el az atmoszférát, mint az várható lett volna, és ez okozhatta az atmoszféra szinte egészének eltűnését.

Magyar kutatók találtak egy ősi tóra utaló nyomokat a Marson - ez feltételezi, hogy valaha volt vastagabb atmoszférája, ugyanis enélkül képtelen lett volna megtartani a vizetForrás: NASA / JPL

Bruce Jakosky vezető kutató és kollégái a MAVEN március 8-án összegyűjtött adatait elemezték, amely rögzítette, hogyan reagál a Mars légköre a Nap egy interplanetáris koronakidobódására (interplanetary coronal mass ejection, ICME). Koronakidobódás esetén a napkorona egy darabja kilökődik a bolygóközi térbe, ilyenkor a napszél sebessége az 1000 km/s sebességet is elérheti, és a korábban kilökött nagyobb mennyiségű, nagyobb energiájú elektromosan töltött részecskék kölcsönhatásba léphetnek vele. Az így keletkező plazmafelhő mágnesessége módosíthatja a bolygók mágneses mezejét.

A NASA grafikája arról, hogyan éri el a napkitörés a MarsotForrás: NASA / MAVEN

Ez történt a Mars esetében: a MAVEN a bolygó mágnesességét is monitorozza, és megfigyelte, hogy a koronakidobódás módosította a Mars mágneses terét, indaszerű mágneses kilökődéseket (fluxusokat) eredményezve, amelyek akár 5000 kilométer távolságra is kiérhettek a világűrbe.

Gyakoribb napkitörések, elfogyó légkör

Eközben azok az eszközök, amelyek a légkör ionizációját vizsgálták, furcsa tüskés kitöréseket fedeztek fel, amikor a koronakidobódás elérte a vörös bolygót. Ezek tulajdonképpen a légkörből kilökődő ionfoszlányok voltak, és az imént említett fluxusok mentén jelentek meg.

Egy fiatal marsi kráter fekete lejtősávokkalForrás: NASA/JPL/University of Arizona

Az indák sebessége sokkal gyorsabb volt, mint amit általában mérni szoktak – nagyjából tízszer olyan sebesen képződtek és lökődtek ki, mint ahogyan az normális volna. Az ionok összetételének elemzésénél kiderült, hogy nagyrészt az oxigén és a szén-dioxid kétszeresen pozitív ionjai alkották ezeket a tüskéket – ez egyáltalán nem meglepő, ellentétben azzal, hogy az oxigén kétszeresen pozitív ionjait magasabban észlelték az atmoszférában, mint ahol lenniük kellett volna. Mivel az ehhez hasonló interplanetáris koronakidobódások a Mars létezésének korai szakaszában sokkal gyakoribbak lehettek, mint jelenleg, a NASA kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy az imént említett ionok ezek hatására szöktek ki nagyobb mennyiségben a világűrbe – ezzel lassan eltüntetve a marsi légkör legnagyobb részét. Ma már ez a folyamat lelassult, a kutatások alapján megállapítható, hogy nagyjából 100 gramm gáz szökik a világűrbe másodpercenként.

A Marsnak eredetileg is némileg vékonyabb légköre lehetett, mint a Földnek - mára azonban alig maradt belőle valamiForrás: NASA

A Földön miért nem történt meg?

A Föld és a Mars között van egy számottevő különbség - mégpedig az, hogy a Földnek van egy erős mágneses mezeje, amelyet a földmag külső részének mozgásai generálnak. A NASA kutatói úgy gondolják, hogy a Marsnak is hasonló magja lehetett a kezdeti időkben, amely valószínűleg "befagyott", így abbahagyta a mágneses mező gerjesztését is.

A Föld légkörét a bolygó mágneses mezeje védi, ami megelőzi, hogy a napszelek közvetlenül az atmoszférához jussanakForrás: Origo

Ez a folyamatos mozgás saját bolygónk esetében sokkal távolabb tartja a napszeleket, a Marsot azonban nem védi semmiféle hasonló mechanizmus. A kitörések közvetlenül az atmoszféra felső részét érik, ennek hatására szabadult ki a nagy mennyiségű gáz korábban, amely a légkör kritikus elvékonyodásához vezetett.

Ez persze nem azt jelenti, hogy a Föld egyáltalán nem veszít gázokat, molekulákat, ionokat a világűr felé - egyszerűen sokkal kisebb mértékben, és egyébként is alapvetően vastagabb légkörrel indultunk, mint amekkora a Marsnak valaha lehetett.

Különbség a Mars és a Föld között napkitörések idején - a saját bolygónkat megvédi a külső földmag mozgása által generált mágneses mező, a Marsnak viszont nincs ilyen védőburkaForrás: NASA / MAVEN

Változik az elemek sűrűsége

Egy másik kutatás során Stephen Bougher, a Michigani Egyetem tudósa azt elemezte, hogy a MAVEN adatai alapján milyen a Mars termoszférája és ionoszférája.

A termoszféra és az ionoszféra egymást fedik, de előbbi semleges atomokból, utóbbi elektromos töltéssel rendelkező atomokból állForrás: NASA
Ionoszféra és termoszféra
A termoszféra a légkör egy része, a mezoszféra és az exoszféra között helyezkedik el. 85 kilométertől körülbelül 500 kilométeres magasságig terjed. A termoszférát nagyrészt semleges atomok és molekulák alkotják, így külön választjuk tőle az elektromos tölteteket is tartalmazó rétegét, amelyet ionoszférának nevezünk. Az ionoszféra és termoszféra átlapolják egymást, és nagyjából ugyanabban a magasságokban találhatók, mégis összetételük alapján különválasztjuk őket.

A kapott adatok a két, egymást fedő rétegben a szén-dioxid, argon és nitrogén-dioxid egyáltalán nem meglepő keveredését mutatják – de nagyobb mennyiségű oxigénről árulkodnak, mint amit korábban feltételeztünk. Ezen elemek sűrűsége 200 kilométeres magasságban jelentős eltéréseket mutatott a MAVEN minden egyes mérése során, a kutatók szerint ez azt jelenti, hogy a gravitációs hullámok kölcsönhatásba lépnek a szelekkel. Ezeken kívül a mágneses mező és az ionrétegek változása arról is árulkodik, hogy a koronakidobódások által felélénkített mágnesességen kívül a Mars kérge is hozzájárul a mező rotációjához.

Az ősi, minden bizonnyal sűrűbb légkör kedvező feltételeket kínált az élet kialakulásához. A fotón a Marsot tanulmányozó MAVEN műhold láthatóForrás: University of Colorado

Északi fény a Marson

Egy harmadik MAVEN-tanulmány során kiderült, hogy a marsi északi féltekén is létezik északi fény – ez az atmoszféra sokkal alacsonyabb rétegeiben (egészen pontosan 60 kilométeres magasságban) játszódik le, mint bármely általunk eddig ismert hasonló jelenség.

Illusztráció egy a Mars felé közeledő napkitörésrőlForrás: NASA / MAVEN

A MAVEN képalkotó ultraibolya spektográfja (IUS) egy napból érkező részecskekitörés során érzékelte az aurora borealist, amely ugyanabba a kategóriába tartozik, mint a Földön észlelt északi fény – azaz a légkörbe bejutó töltött részecskék által keltett fényjelenség.

A sarki fény valószínűleg sokkal nagyobb kiterjedésű a Marson, mint itthonForrás: Origo

Bár itthon a Föld pólusainak mágnesessége generálja a fényt, a kutatók úgy sejtik, hogy a Marson a kéreg maradék mágnesessége okozhatja, így kiterjedtebb lehet, mint a földi.

A Marson kétféle aurora figyelhető meg - az egyikről már korábban is tudtunk, és hasonló a földihez. A MAVEN tulajdonképpen újfajta éjszaki fényt fedezett fel, amely még a kutatókat is meglepte, olyan területen jelent meg ugyanis, ahol egyáltalán nincs mágnesesség. Ez egy nagyon ritka aurora, amelyet a Napból érkező, töltöttséggel rendelkező részecskék okoznak, és valószínűleg az egész marsi eget bevilágíthatják.

Egy utolsó tanulmány arról számol be, hogy a MAVEN mérései alapján sikerült megállapítani: a légkör 150-1000 kilométeres magasságában található porrészecskék nem a Mars által befogott holdakról származnak, hanem bolygóközi eredetűek.

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK