Mars: Planeta, která ztratila oceány

ESO 009/15 tisková zpráva

Podle výsledků nedávno publikovaného výzkumu obsahoval praoceán na Marsu větší množství vody než současný pozemský Severní ledový oceán a v poměru k povrchu planety pokrýval stejnou část Marsu jako Atlantický oceán na Zemi. Mezinárodní tým vědců využíval po dobu šesti let dalekohled ESO/VLT, přístroje na Keckově observatoři a teleskop NASA Infrared Telescope Facility k monitorování a mapování vlastností vody v různých částech atmosféry Marsu. Nově vytvořené mapy jsou první svého druhu. Výsledky byly zveřejněny v internetové verzi vědeckého časopisu Science.

Zhruba před 4 miliardami let mohlo být na mladé planetě Mars dostatečné množství vody ke vzniku globálního oceánu s hloubkou až 140 m. Je však pravděpodobnější, že kapalina stékala do níže položených oblastí, čímž vznikla nádrž s rozlohou poloviny severní marsovské hemisféry, jejíž hloubka v některých místech dosahovala až 1,6 km.

„Náš výzkum poskytuje spolehlivý odhad objemu vody na Marsu v minulosti, a to na základě určení množství vody, které se postupně ztratilo do vesmíru,“ říká hlavní autor nového článku Geronimo Villanueva (vědecký pracovník NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, USA). „Díky naší práci můžeme lépe pochopit dějiny vody na Marsu.“

Nový odhad je založen na detailních pozorováních dvou málo odlišných forem vody v atmosféře Marsu. Jednou z nich je běžná voda tvořená dvěma atomy obyčejného vodíku a jedním atomem kyslíku – H₂O. Druhým typem je HDO, takzvaná polotěžká voda (semi-heavy water), přirozená modifikace molekuly, ve které je jeden atom běžného vodíku nahrazen těžším izotopem vodíku - deuteriem (deuterium, vodíkový atom s jedním neutronem v jádře, běžný vodík neutron v jádře nemá).

Jelikož molekula s deuteriem je těžší než obyčejná, obtížněji se vytrácí z atmosféry do vesmíru. Proto čím větší množství vody se z planety ztratilo, tím větší je poměr HDO/H₂O ve vodě, která na planetě zůstala [1]. 

Vědci rozlišovali chemické známky dvou typů molekul vody s použitím dalekohledu ESO/VLT v Chile, přístrojů Keckovy observatoře (W. M. Keck Observatory) a teleskopu NASA Infrared Telescope Facility (obě zařízení pracují na Havaji) [2]. Stanovením poměru HDO/H₂O mohou vědci zjistit, jak moc se zvedl obsah HDO a tedy určit, kolik vody uniklo do vesmíru. A to následně umožňuje odhadnout, jaké množství vody na Marsu v minulosti bylo. 

V rámci této studie členové týmu opakovaně mapovali rozložení molekul H₂O a HDO po dobu šesti let – což odpovídá zhruba třem rokům na Marsu. Vznikly tak globální mapy výskytu obou variant molekuly a také jejich poměrného zastoupení. Mapy odhalují sezónní změny i místní mikroklima různých oblastí, a to přesto, že dnešní Mars je v podstatě pouštní svět.

Vědci se především zajímali o oblasti poblíž severního a jižního pólu planety, a to proto, že polární čepičky jsou největšími známými zásobárnami vody na Marsu. Předpokládá se, že led, který je v nich uložen, dokumentuje vývoj vody na Marsu od období Noachian [3] až do současnosti.  

Nové výsledky ukazují, že voda v atmosféře nad polárními oblastmi byla sedminásobně bohacena o HDO ve srovnání s pozemskými oceány. To znamená, že voda v ledových čepičkách Marsu je obohacena osminásobně. Mars tedy musel ztratit 6,5krát větší objem vody, než představují současné zásoby v polárních čepičkách, aby došlo k tak vysokému obohacení. Ranné oceány na Marsu tedy musely obsahovat minimálně 20 milionů kilometrů krychlových vody.

Vzhledem k vlastnostem dnešního povrchu Marsu se tato voda nejpravděpodobněji vyskytovala v oblasti severních planin (Northern Plains), které jsou kvůli své hloubce již po dlouhou dobu pokládány za vhodného kandidáta. Prehistroický oceán v tomto místě mohl pokrývat až 19 % povrchu Marsu – pro srovnání, Atlantický ocean pokrývá 17 % povrchu Země.

„Pokud Mars ztratil takto velké množství vody, je pravděpodobné, že planeta byla vlhká mnohem delší dobu, než se dříve myslelo, a mohla být tedy déle vhodná pro život,“ říká Michael Mumma, spoluautor článku a vedoucí vědecký pracovník NASA’s Goddard Space Flight Center.

Je možné, že Mars měl v minulosti ještě více vody, část z ní mohla být uložena pod povrchem. Díky tomu, že naše nové mapy odhalují mikroklimatické časové změny v atmosférickém obsahu vody, mohou být rovněž užitečné při hledání neznámých podpovrchových rezervoárů.

Zdroj

Poznámky

[1] V pozemských oceánech připadá jedna molekula HDO na 3 200 molekul H₂O.

[2] Ačkoliv robotická vozítka na povrchu Marsu nebo sondy obíhající kolem planety mohou poskytnout mnohem detailnější místní měření, nejsou úplně vhodné k monitorování vlastností celé atmosféry. K tomu je výhodnější použít infračervenou spektroskopii s pomocí velkých dalekohledů na Zemi.

[3] Jedná se o geologický útvar končící zhruba před 3,7 miliardami lety. Historicky odpovídá pozemskému hadaiku (Hadean) a ranému archaiku (Archean). V průběhu tohoto období dochází ve Sluneční soustavě k pozdnímu velkému bombardování. Na Měsíci vznikají velké impaktní pánve (např. Imbrium) a k podobným dramatickým událostem dochází na Marsu i na Zemi. (Noachian period, stratigrafická tabulka pro Zemi)  

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku s názvem „Strong water isotopic anomalies in the Martian atmosphere: probing current and ancient reservoirs“ autorů G. VIllanueva a kol., který byl zveřejněn 5. března v internetové verzi vědeckého časopisu Science.

Složení týmu: G.L. Villanueva (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA; Catholic University of America, Washington, D.C., USA), M.J. Mumma (NASA Goddard Space Flight Center), R.E. Novak (Iona College, New York, USA), H.U. Käufl (ESO, Garching, Německo), P. Hartogh (Max Planck Institute for Solar System Research, Göttingen, Německo), T. Encrenaz (Observatoire de Paris-Meudon, Paris, Francie), A. Tokunaga (University of Hawaii-Manoa, Havaj, USA), A. Khayat (University of Hawaii-Manoa) a M. D. Smith (NASA Goddard Space Flight Center).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Práce byla podpořena čtyřmi programy ředitelství NASA (Washington, D.C.): Mars Fundamental Research, Planetary Astronomy, Planetary Atmospheres a NASA Astrobiology.

Odkazy

• snímky dalekohledu ESO Very Large Telescope

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Geronimo Villanueva; Goddard Space Flight Center; Greenbelt MD, USA; Tel.: +1 301 286 1528; Email: geronimo.villanueva@nasa.gov

Michael Mumma; Goddard Space Flight Center; Greenbelt MD, USA; Email: Michael.J.Mumma@nasa.gov

Ulli Käufl; ESO; Garching bei München, Germany; Email: hukaufl@eso.org

Richard Hook; ESO education and Public Outreach Department; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1509. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.