Pèrdua d’aigua de Mart modelada per les estacions i les tempestes

Encara que àrid en l’actualitat, és probable que Mart fos un cop un món cobert d’aigua com el nostre. Prova d’això es veu en imatges de vasts canals de sortida formats per inundacions, valls de rius i deltes esculpits a la superfície del planeta, així com en observacions radars de dipòsits d’aigua líquida tancat sota el gel i la pols de Pol sud de Mart.

L’aigua ara només pot existir a Mart en forma de gel o de gas a causa del baixa pressió atmosfèrica al planeta, que és inferior a l’1% de la Terra. Mart ha perdut gran part de la seva antiga aigua per l’espai en els darrers mil milions d’anys i encara continua filtrant aigua de la seva atmosfera.

Dos nous estudis, dirigits per Anna Fedorova, de l’Institut de Recerca Espacial de l’Acadèmia Russa de Ciències i Jean-Yves Chaufray, del Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales, França, aclareixen ara com l’aigua es mou i surt de l’atmosfera de Mart. Revelen que aquest procés es veu afectat per la distància del planeta al Sol i els canvis en el clima i el clima, inclòs el tempestes mundials massives de pols sovint vist al planeta.

Tots dos estudis van utilitzar conjunts de dades extensius i plurianuals obtinguts per l’orbiter SPICAM instrument (Espectroscòpia per a la investigació de les característiques de l’atmosfera de Mart).

“L’atmosfera és el nexe d’unió entre la superfície i l’espai i, per tant, té molt a dir-nos sobre com Mart ha perdut l’aigua”, diu Anna. “Vam estudiar el vapor d’aigua a l’atmosfera des del terra fins a 100 km d’altitud, una regió que encara no s’havia d’explorar durant vuit anys marcians”.

Anna i els seus col·legues van trobar que el vapor d’aigua es mantenia confinat a menys de 60 km quan Mart estava lluny del Sol, però s’estenia fins als 90 km d’altitud quan Mart era el més proper al Sol. A través d’una òrbita completa, la distància entre el Sol i el planeta vermell oscil·la entre els 207 i els 249 milions de km.

Prop del Sol, les temperatures més càlides i la circulació més intensa a l’atmosfera van evitar que l’aigua es congelés a una certa altitud. “Llavors, l’atmosfera superior s’humiteja i es satura d’aigua, explicant per què les taxes d’escapament d’aigua s’acceleren durant aquesta temporada: l’aigua es transporta més amunt, ajudant-ne a escapar a l’espai”, afegeix Anna.

Els anys en què Mart va experimentar una tempesta de pols mundial, l’atmosfera superior es va tornar encara més humida, acumulant aigua en excés a altituds superiors als 80 km.

“Això confirma que les tempestes de pols, que se sap que escalfen i alteren l’atmosfera de Mart, també subministren aigua a gran altitud”, diu Anna. “Gràcies al seguiment continu de Mars Express, hem pogut analitzar les dues últimes tempestes mundials de pols, el 2007 i el 2018, i comparar el que hem trobat amb anys sense tempestes per identificar com les tempestes van afectar la sortida de l’aigua de Mart”.

Aquesta troballa es recolza en una investigació dirigida per Jean-Yves, que va modelar la densitat d’àtoms d’hidrogen a l’atmosfera superior de Mart durant dos anys i va explorar com es relacionava això amb l’aigua.

“Vam comparar els nostres resultats amb les dades de l’SPICAM i vam trobar un bon acord, excepte durant la temporada de pols, quan el nostre model va subestimar la quantitat d’hidrogen que hi havia”, diu Jean-Yves. “Molt més aigua fuig a l’atmosfera durant les condicions pertorbades del que el model va predir”.

Al llarg de dos anys marcians, un dels quals va experimentar una tempesta de pols, Jean-Yves i els seus col·legues van estimar que la taxa de pèrdua d’aigua va variar en un factor d’uns 100, destacant l’efecte significatiu que poden tenir les tempestes de pols sobre les taxes de pèrdua d’aigua de Mart.

Les troballes mostren que Mart perd l’equivalent a una capa d’aigua global de dos metres de profunditat cada mil milions d’anys. Tanmateix, fins i tot acumulada durant els quatre mil milions d’anys d’història de Mart, aquesta quantitat és insuficient per explicar cap a on ha anat tota l’aigua de Mart.

“Deu haver existit una quantitat significativa al planeta per explicar les característiques creades per l’aigua que veiem”, diu Jean-Yves. “Com que no s’ha perdut tot per l’espai, els nostres resultats suggereixen que aquesta aigua s’ha mogut sota terra o que les taxes d’escapament d’aigua eren molt més altes en el passat”.

Els resultats d’Anna, Jean-Yves i col·legues es complementen troballes recents per la ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que, des del 2018 i al costat de Mars Express, ha supervisat la distribució de l’aigua per altitud a l’atmosfera de Mart. Aquests descobriments van suggerir que la taxa de pèrdua d’aigua de Mart pot estar relacionada amb els canvis estacionals.

El treball de Mars Express per determinar la pèrdua d’aigua de Mart també està recolzat per MAVEN de la NASA (atmosfera de Mart i evolució volàtil) missió, que mesura sistemàticament la composició química de l’atmosfera marciana (específicament, els nivells d’hidrogen atòmic i deuteri, un isòtop pesat de l’hidrogen). Aquestes dades de múltiples missions ajudaran a limitar no només el comportament actual de l’aigua, sinó també la pèrdua d’aigua acumulada al llarg de la història marciana, vital per esbrinar si l’aigua de Mart ha entrat a la clandestinitat o a l’espai.

“Dos temes clau en la nostra exploració contínua de Mart són l’evolució i la pèrdua d’aigua del planeta i el paper de les tempestes de pols en la configuració del clima i l’atmosfera marciana”, afirma Dmitrij Titov, científic del projecte Mars Express de l’ESA.

“Aquests descobriments ens ajuden a entendre els processos a llarg termini que hi ha darrere de la pèrdua d’aigua de Mart i dibuixen una imatge no només de la climatologia actual, sinó de com ha canviat el seu clima al llarg de la història. Per a aquests estudis necessitem el tipus de conjunts de dades d’alta qualitat proporcionats per SPICAM i també els instruments a bord del TGO d’ExoMars. Juntes, aquestes i altres missions avançades continuaran desvetllant els misteris de Mart “.

Mars Express es va llançar el 2 de juny de 2003 i ha estat més de 17 anys en òrbita a Mart vigilant acuradament les propietats de l’atmosfera del planeta.

Notes per als editors

“Monitoratge plurianual de la distribució vertical del vapor d’aigua a Mart per SPICAM a Mars Express”De Fedorova et al. es publica al Journal of Geophysical Research: Planets.

“Estudi de la taxa d’escapament d’hidrogen a Mart durant els anys marcians 28 i 29 a partir de comparacions entre observacions expresses de SPICAM / Mars i simulacions GCM-LMD”De J.-Y. Chaufray et al. apareix a la revista Ícar.

Per obtenir més informació, poseu-vos en contacte amb:
Relacions amb els mitjans de comunicació de l’ESA
media@esa.int