De studie van het oppervlak en de atmosfeer van Mars heeft enkele oude geheimen onthuld. Dankzij de inspanningen van de Nieuwsgierigheid rover en andere missies, wetenschappers zijn zich er nu van bewust dat er ooit water op Mars stroomde en dat de planeet een dichtere atmosfeer had. Ze hebben ook kunnen afleiden wat de mechanica ertoe heeft geleid dat deze atmosfeer is uitgeput, waardoor deze is veranderd in de koude, uitgedroogde omgeving die we daar tegenwoordig zien.
Tegelijkertijd heeft het tot een nogal intrigerende paradox geleid. In wezen wordt aangenomen dat Mars warm, stromend water op zijn oppervlak had in een tijd dat de zon een derde zo warm was als vandaag. Dit zou vereisen dat de atmosfeer van Mars voldoende kooldioxide had om het oppervlak voldoende warm te houden. Maar op basis van de nieuwste bevindingen van de Curiosity-rover lijkt dit niet het geval te zijn.
Deze bevindingen maakten deel uit van een analyse van gegevens van het Curiosity’s Chemistry and Mineralogy X-ray Diffraction (CheMin) -instrument, dat is gebruikt om het mineraalgehalte van boormonsters in de Gale Crater te bestuderen. De resultaten van deze analyse zijn onlangs gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Science, waar het onderzoeksteam aangaf dat er geen sporen van carbonaten werden gevonden in monsters genomen uit de oude meerbedding.
Om het op te splitsen, bewijs verzameld door Nieuwsgierigheid (en een hele reeks andere rovers, landers en orbiters) heeft wetenschappers ertoe gebracht te concluderen dat het oppervlak van Mars ongeveer 3,5 miljard jaar geleden meren en stromende rivieren had. Ze hebben ook bepaald, dankzij de vele monsters die door zijn genomen Nieuwsgierigheid sinds het in 2011 in de Gale-krater is geland, was dit geologische kenmerk ooit een meerbed dat geleidelijk gevuld werd met sedimentaire afzettingen.
Maar om Mars warm genoeg te hebben om vloeibaar water te laten bestaan, zou de atmosfeer een bepaalde hoeveelheid koolstofdioxide moeten bevatten - wat een voldoende broeikaseffect zou verschaffen om de verminderde warmte van de zon te compenseren. Aangezien gesteentemonsters in de Gale-krater fungeren als een geologisch record voor hoe de omstandigheden er miljarden jaren geleden uitzagen, zouden ze zeker veel carbonaatmineralen bevatten als dit het geval was.
Carbonaten zijn mineralen die ontstaan door kooldioxide te combineren met positief geladen ionen (zoals magnesium en ijzer) in water. Aangezien is gebleken dat deze ionen in monsters van Marsgesteente goed aanwezig zijn en uit daaropvolgende analyse is gebleken dat de omstandigheden nooit zo zuur zijn geworden dat de carbonaten zouden zijn opgelost, is er geen duidelijke reden waarom ze niet zouden verschijnen .
Samen met zijn team berekende Thomas Bristow - de hoofdonderzoeker van het CheMin-instrument voor nieuwsgierigheid - wat de minimale hoeveelheid atmosferische koolstofdioxide zou moeten zijn, en hoe dit zou zijn aangegeven door de niveaus van carbonaat die tegenwoordig in Martiaanse rotsen worden aangetroffen. Vervolgens hebben ze de jaren van de gegevens van het CheMin-instrument gesorteerd om te zien of er aanwijzingen waren voor deze mineralen.
Maar zoals hij uitlegde in een recent persbericht van NASA, voldeden de bevindingen gewoon niet:
"We zijn bijzonder getroffen door de afwezigheid van carbonaatmineralen in sedimentair gesteente dat de rover heeft onderzocht. Het zou heel moeilijk zijn om vloeibaar water te krijgen, zelfs als er honderd keer meer koolstofdioxide in de atmosfeer zou zijn dan wat het minerale bewijs in de rots ons vertelt. '
Uiteindelijk konden Bristow en zijn team zelfs geen hoeveelheden carbonaten vinden in de gesteentemonsters die ze analyseerden. Zelfs als er maar een paar tientallen millibars koolstofdioxide in de atmosfeer aanwezig waren geweest toen er een meer bestond in de Gale Crater, zou het genoeg carbonaten hebben geproduceerd om de CheMin van Curiosity te detecteren. Deze laatste vondst draagt bij aan een paradox die Mars-onderzoekers al jaren teistert.
Kortom, onderzoekers hebben opgemerkt dat er een ernstige discrepantie bestaat tussen wat oppervlaktekenmerken aangeven over het verleden van Mars en wat chemisch en geologisch bewijs te zeggen heeft. Er is niet alleen voldoende bewijs dat de planeet in het verleden een dichtere atmosfeer had, meer dan vier decennia van orbitale beeldvorming (en jaren aan oppervlaktegegevens) hebben voldoende geomorfologisch bewijs opgeleverd dat Mars ooit oppervlaktewater en een actieve hydrologische cyclus had.
Wetenschappers worstelen echter nog steeds met het produceren van modellen die laten zien hoe het Mars-klimaat de soorten voorwaarden had kunnen handhaven die daarvoor nodig waren. Het enige succesvolle model tot nu toe was een model waarin de atmosfeer een aanzienlijke hoeveelheid CO2 en waterstof bevatte. Helaas blijft een verklaring voor hoe deze atmosfeer kan worden gecreëerd en behouden, ongrijpbaar.
Bovendien is er ook een tekort aan geologisch en chemisch bewijs voor een dergelijke atmosfeer die miljarden jaren geleden bestond. In het verleden konden onderzoeken door orbiters geen aanwijzingen vinden voor carbonaatmineralen op het oppervlak van Mars. Gehoopt werd dat oppervlaktemissies, zoals Curiosity, dit zouden kunnen oplossen door grond te nemen en monsters te boren waar water bekend was.
Maar zoals Bristow uitlegde, heeft de studie van zijn team de deur hiertoe effectief gesloten:
"Het is een raadsel waarom er niet veel carbonaat uit de ruimte is gezien. Je zou uit het dilemma kunnen komen door te zeggen dat de carbonaten er nog steeds zijn, maar we kunnen ze gewoon niet vanuit de ruimte zien omdat ze bedekt zijn met stof of begraven zijn, of omdat we niet op de juiste plaats zoeken. De resultaten van Curiosity brengen de paradox in beeld. Dit is de eerste keer dat we carbonaten op de grond hebben gecontroleerd in een rots waarvan we weten dat deze is gevormd uit sedimenten die onder water zijn afgezet. "
Er zijn verschillende mogelijke verklaringen voor deze paradox. Aan de ene kant hebben sommige wetenschappers betoogd dat het Gale Crater Lake mogelijk geen open water was en misschien bedekt was met ijs, dat net dun genoeg was om sedimenten binnen te laten. Het probleem met deze uitleg is dat als dit waar was, er waarneembare aanwijzingen zouden achterblijven - waaronder diepe scheuren in de zachte sedimentaire bodemsteen.
Maar aangezien deze indicaties niet zijn gevonden, blijven wetenschappers achter met twee bewijsregels die niet overeenkomen. Zoals Ashwin Vasavada, Curiosity's Project Scientist, het verwoordde:
"De reis van nieuwsgierigheid door stroombeddingen, delta's en honderden verticale voeten modder afgezet in oude meren roept op tot een krachtig hydrologisch systeem dat het water en sediment levert om de rotsen te creëren die we vinden. Kooldioxide, vermengd met andere gassen zoals waterstof, was de belangrijkste kandidaat voor de opwarmende invloed die nodig is voor een dergelijk systeem. Dit verrassende resultaat lijkt het uit de running te houden. ”
Gelukkig zorgen incongruenties in de wetenschap ervoor dat er nieuwe en betere theorieën kunnen worden ontwikkeld. En terwijl de verkenning van het oppervlak van Mars doorgaat - wat zal profiteren van de komst van de ExoMars en de Mars 2020 missies in de komende jaren - we kunnen verwachten dat er aanvullend bewijs zal komen. Hopelijk zal het de weg wijzen naar een oplossing voor deze paradox, en onze theorieën niet nog ingewikkelder maken!
