Mi folyik a Marson? Sóoldatok nyomában a magyarok is

A vörös bolygóról kialakult képünk jelentős változáson megy kereszül napjainkban. Elsősorban a Phoenix-űrszonda adatai, de egyéb vizsgálatok alapján is úgy fest, hogy alacsony fagyáspontú sóoldatok ma is létezhetnek a Marson. A folyékony oldatok még hangsúlyosabbá teszik az élettel kapcsolatos kutatásokat.

Kékes árnyalatú, hajnali dér a Phoenix-űrszonda leszállóhelyén (NASA, JPL)

A Mars felszínén nem a tiszta víz az egyetlen folyadék, amelynek lehetőségével számolni kell. Sóoldatok jelenlétére a bolygón az elméleti modellek és a megfigyelések egyaránt utalnak. A regolit jelentős sótartalma a H₂O molekulákkal keveredve csökkenti az olvadáspontot. Az így keletkező folyadékok olvadáspontja alacsonyabb, párolgása lassabb, viszkozitása kissé magasabb, átlátszósága pedig rosszabb a tiszta vízénél.

Laborkísérletek és számítások alapján bazaltos kőzetek mállásával az oldatokba sok szilícium, vas, kén, magnézium, kalcium, klór, nátrium, kálium és alumínium juthat. Ezek mellett összetettebb ionok, főleg szulfátok, klorátok és perklorátok is bőven vannak a Marson, főleg a felszíni törmeléktakaróban.

Az ilyen komponensekkel együt keletkező vizes oldatok általában 0 Celsius-fok alatt is folyékonyak maradhatnak. A Mars fejlődése legnagyobb részében hűvös lehetett - folyásnyomok mégis keletkeztek rajta. Talán ezek a hideg sóoldatok adnak erre magyarázatot. A sóoldatok viszkozitása sok esetben alig tér el a tiszta vízétől, ezért áramlásuk is hasonló következménnyel jár. Mivel ezek az oldatok nem mind átlátszóak, alkalmanként színes folyók is szabdalhatták a bolygó felszínét.

Marsi fagyálló az extrém hideghez

Modellközelítés alapján megbecsülhető, hogy az átlagos marsi felszíni összetétel mellett a képzeletbeli teljes H₂O készlet mekkora része marad sóoldatként folyékony állapotban, miközben folyamatosan csökken a hőmérséklet.

Durva becslés szerint -9 Celsius-fokon 78%, -28 Celsius-fokon 14% és -50 Celsius-fokon 6% maradna folyékony állapotban (hasonló adatok a földi tengervízre: -10 Celsius-fokon 20%, -50 Celsius-fokon 0,3%). A marsi kloridos oldatok és főleg keverékeik legalacsonyabb fagyási hőmérséklete -73 Celsius-fokhoz közeli. Ezek az anyagok emellett nagyon higroszkóposak is, azaz erősen kötik meg a vízmolekulákat.

A Spirit leszállóhelyén mért napi hőmérsékleti görbék a küldetés 1. (piros, nyár) és 100. (kék, tél) marsi napjára (sol-ra), valamint néhány sóoldat eutektikus, azaz teljes szilárd kifagyási hőmérséklete. A görbék alapján látható, hogy sok feltételezet szulfátos és kloridos marsi sóoldat folyékony lehetett a nappal folyamán - amennyiben előfordult a leszállóhelyen (Kargel, Marion 2004)

Mai ismereteink alapján a szulfátos és kloridos sóoldatok lehetnek a legelterjedtebbek a Marson, amelyekhez peroxid-tartalmú oldatok is társulhatnak. Emellett jellemző lehet a sóoldatoknál a savas kémhatás. Általánosan elmondható továbbá, hogy a felszín alól érkező vizek sok oldott anyagot tartalmazhatnak, illetve nagy mélységben (ahol ehhez szükséges nyomás uralkodik) klatrátok is keletkezhettek CO₂ és SO₂ gázokból, amelyek a vízjég molekularácsába beépülnek.

Csepp alakzatok a leszállólábon

A folyékony sóoldatokkal kapcsolatos elméleti lehetőségeket megfigyelések is kiegészítik. A Phoenix-űrszonda egyik lábán lévő apró, néhány tizedmilliméteres, esetleg több milliméteres cseppek változásait figyelték meg. Ezek a helyi meteorológiai adatokkal, valamint a felszíni összetétel-mérésekkel együtt arra utalnak, hogy folyékony halmazállapotú sóoldatok is voltak a szondánál.

Felmerült, hogy a leszállóhajtómű hőhatása, illetve a belőle származó kemikáliák is befolyásolhatták, esetleg azok alakíthatták ki ezeket az oldatokat. Miután a szonda ereszkedése végén hajtóművével lefújta a felső vékony és laza törmeléktakarót, az alatta lévő vízjégrétegből közel 1 mm vastagságú részt olvaszhatott meg - talán ekkor "freccsent" néhány anyagcsomó a lábakra. Ezek viselkedését azonban a későbbiekben már nem befolyásolta maga a leszállás. Szintén sikerült kizárni, hogy a hajtóműből származó anyagok számottevően segíthettek az oldatok kialakításában.

A csepp alakzatok a lábakon kialakulásuk után változtak. Egyrészt sötétedtek, amit okozhatott a fagyott anyag folyékony halmazállapotúvá alakulása, mivel eközben az anyag reflexiós indexe csökken. Az egyik ilyen csepp alakzat a 31. marsi napon (sol) erősen sötétedni kezdett, majd a 44. marsi napra el is tűnt - talán folyékonnyá vált és lehullott. Eközben más csepp alakzatok növekedtek, illetve egymással összeolvadtak.

Meg lehet-e inni a sóoldatot?

A sűrű sóoldatok kellemetlenek a földi élőlények számára. Azonban néhány extrém életforma akár tömény sóoldatban is képes megélni. Részben az ilyen mikroszkópikus életközösségek előfordulási lehetőségét vizsgálja a Mars sarkvidéki területén a Collegium Budapest Institute for Advanced Study intézetben működő Mars Asztrobiológia Kutatócsoport, amelynek munkáját az Európai Űrügynökség, és a Magyar Űrkutatási Iroda támogatja.

Példa a magyar kutatók által vizsgált folyásnyomokra a Jeans-kráterből. A Mars Reconnaissance Orbiter-űrszonda HiRISE felvételeiből összeállított képek 62 marsi nap (sol) folyamán mutatják a folyásos alakzatok növekedését (Colbud-MAG, NASA, JPL, UA)

A hazai szakembereknek az Icarus folyóiratban megjelenő legújabb munkája alapján valószínű, hogy a zsugorodó évszakos sarki hósapka peremén a nap legmelegebb időszakában mozgó folyásos alakzatokat sóoldatok hozzák létre. Ezek csak néhány órán keresztül áramlanak, majd éjszakára megfagynak. Nagy kérdés, hogy a bennük lévő vizet a bolygón esetleg előforduló, a földi extrém életformákhoz hasonló szervezetek fel tudják-e használni.