A Mars elveszett légköre
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2017.04.12 07:15.)

A NASA MAVEN szondájának mérései alapján (ismét) megállapították, hogy a Mars légkörét valaha a napszél fújta le.

A MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) 2014 ősze óta végez méréseket Mars körüli pályájáról. Portálunkon már 2015 végén beszámoltunk arról, hogy „a MAVEN adataival dolgozó kutatóknak sikerült megállapítaniuk a légköri gázok elszökésének mostani sebességét, és kimutatniuk, hogy napkitörések alkalmával ez jelentősen megnövekszik. A korai Naprendszerben a kitörések ráadásul gyakoribbak voltak.” Most ugyanezt még egyszer megállapították, kicsit más módszerrel, talán valamivel pontosabban.

A MAVEN űrszonda 2014-ben állt Mars körüli pályára. (Kép: Lockheed Martin)

A Mars felszínén számos alakzat utal arra, hogy a bolygó légköre valaha sokkal jelentősebb lehetett a most megfigyelhetőnél. Különböző elemek izotópjainak arányát vizsgálva arra a következtetésre jutottak, hogy a bolygó az elmúlt évmilliárdok alatt légkörének legalább 25%-át, de nagyobb valószínűséggel legalább 50%-át, vagy talán akár 90%-át is elveszíthette. A korábbi, ugyancsak a Science-ben publikált és a Sky and Telescope által ismertetett elképzelésre (mely szerint a napszél sodorta magával a légkört) csak „a bolygókutatók körében népszerű magyarázatként” hivatkoznak, amelyet most már bizonyítottnak tekintenek.

A legújabb vizsgálat során a boulderi Coloradói Egyetem munkatársai az argon–36 és az argon–38 izotópok mennyiségét vizsgálták. Minthogy az argon nemesgáz, joggal feltételezték, hogy nem lép kémiai kölcsönhatásba a felszínt alkotó anyagokkal, így, ha csökkent a mennyisége a légkörben, akkor csak a világűr felé szökhetett meg. A mérés alapja az, hogy az eltérő tömegszámú gázoknak (így a két izotópnak) más a magasság szerinti eloszlása a légkörben. Minden összetevő sűrűsége exponenciálisan csökken a magassággal, de a nagyobb tömegszámúaké gyorsabban, így nagy magasságban a kisebb tömegszámú atomok, molekulák relatíve feldúsulnak. (A jelenség a Föld légkörében is megfigyelhető, de csak a 100–110 km magasan lévő ún. turbopauza fölött. Lejjebb a részecskék gyakori ütközései miatt a keveredés tökéletes, bár a sűrűség exponenciálisan csökken, az összetevők aránya csak a turbopauza fölött kezd változni.) A differenciálódás miatt a könnyebb izotópok érzékenyebbek arra, hogy a napszél elsodorja őket.

A szétfröccsenésnek (sputtering) nevezett jelenség mechanizmusa a következő. A napsugárzás ibolyántúli fotonjai elektronokat ütnek ki a légkört alkotó atomokból, molekulákból. A keletkező ionokat a napszél magával sodorja, az ionok a mágneses erővonalak körül örvénylenek. Egy részük visszajut a légkörbe, ahol beleütköznek a semleges atomokba és molekulákba – például az argon–36-ba –, és azokat minden irányba „szétfröccsentik”, egy részüket a világűr felé.

A légkört alkotó gázok egy része a Nap ibolyántúli sugárzása és a napszél hatására megszökik, bővebb magyarázat a szövegben. (Forrás: Casey Reed / Sky & Telescope)

A MAVEN mérései kimutatták, hogy jelenleg a Mars légkörében sokkal kevesebb argon–36 van a vártnál, ahhoz képest, ha kezdetben ugyanolyan arányban volt jelen, mint a Földön és a Naprendszer más égitestjein. A jelenlegi mennyiség magyarázatához azt kell feltételezni, hogy a Mars története során a légköri argon mintegy kétharmad része elszökött. Az eredmény jó összhangban van más, korábbi vizsgálatok eredményével. A kutatók cikke a Science-ben jelent meg.