Woda na Marsie – gdzie jest?

W czerwcu 2008 r. lądownik Phoenix odgrzebał lód wodny pod zaledwie kilkucentymetrową warstwą marsjańskiego regolitu na Vastitas Borealis (dnie pierwotnego oceanu Marsa), zaś w próbkach gruntu zidentyfikował wodę. Odsłonięty lód sublimował w ciągu kilku dni. Mars Recconesaince Orbiter odkrył lodowce przykryte warstwą pyłu bliżej równika Czerwonej Planety. Mogą mieć one grubość 80-170 m i być efektem długotrwałych opadów śniegu. Ponieważ nachylenie osi Marsa zmienia się w czasie, lód wędruje w dłuższych cyklach z czap polarnych na średnie szerokości geograficzne przy większym nachyleniu (>35°) i cofa stamtąd, wracając na bieguny przy mniejszym (obecnie jest to 25,19°).

Nachodzące na siebie kratery w regionie Arcadia i Utopia Planitiae, położone na średnich szerokościach geograficznych, pokazały jednak, że lód jest tam obecny od dziesiątek milionów lat. Zanegowało to obowiązujące wcześniej modele klimatyczne Marsa. Colin Dundas z zespołem wskazał na liczne rozpadliny o pochodzeniu erozyjnym, ujawniające lód na szerokościach ±55°. W lutym 2022 r. Mars Recconesaince Orbiter sfilmował nowy krater uderzeniowy o średnicy 150 m, który utworzył się ledwie dwa miesiące wcześniej. Krater ten, znajdujący się w pobliżu 35°N, odsłonił najdalej wysunięte w pobliże równika złoża lodu wodnego. W sierpniu 2023 r. orbiter wychwycił ślady przemieszczania materiału skalnego przez lodowce z dala od biegunów.

Zakłada się więc, że oprócz czap lodowych 1/3 planety ma podpowierzchniowe złoża lodu wodnego. Woda, którą identyfikujemy na powierzchni Marsa, daje jakieś 20-30 m globalnej warstwy równoważnej (GEL). O ile teren wokoło lądownika InSight jest reprezentatywny, najnowsze badania sejsmiczne wewnętrznego płaszcza Marsa, wykonane przez zespół Vashana Wrighta, dokładają do tego ekwiwalent 1-2 km globalnej warstwy równoważnej (GEL) wody, uwięzionej głęboko w porowatych skałach płaszcza. Mars nie musiał zatem utracić całej swojej wody na rzecz kosmosu.

To gigantyczna ilość, jednak głębokość tej warstwy skał ~11,5 do 20 km to zbyt wiele, byśmy mogli korzystać z tej wody w trakcie załogowych misji czy nawet prób kolonizacji planety. Z drugiej strony jednak, to znacznie więcej niż trzeba na wypełnienie dawnego marsjańskiego oceanu i może mieć olbrzymie konsekwencje dla przetrwania na tej głębokości dawnego marsjańskiego życia…

Kiedyś było tam życie…

W 1984 r. we Wzgórzach Allana na Antarktydzie odkryto pochodzący z Marsa meteoryt ALH84001. Kamień ten powstał cztery i pół miliarda lat temu, gdy Czerwona Planeta była jeszcze młoda. Jakieś 17 mln lat temu wyrzuciło go z Marsa wskutek uderzenia innego ciała niebieskiego. Około 13 tys. lat temu kamień spadł na Ziemię. Znaleziono w nim atmosferę z Marsa, a w 1996 r. astrobiolog David S. McKay dostrzegł… markery życia! Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, obecne tylko we wnętrzu meteoru, nie na jego powierzchni, nie mogły być wynikiem ziemskiej kontaminacji.

Struktury mineralne, podobne do skamieniałości organizmów ziemskich, takie jak łańcuchy kryształów magnetytu, służą niektórym bakteriom ziemskim do orientacji w polu magnetycznym. Odkrycia wzbudziły jednak sporo kontrowersji. Sygnatury mogły powstać w wyniku procesów niebiologicznych, w tym w trakcie przechodzenia meteoru przez atmosferę Ziemi.

Na Marsie, podobnie jak na Ziemi, wciąż zachodzą procesy, których nie rozumiemy. W czerwcu 2013 r. łazik Curiosity z NASA, a wkrótce później należący do ESA orbiter Mars Express, wykryły nad kraterem Gale’a niespodziewany pik metanu, gazu nierejestrowanego do tej pory w atmosferze Marsa. Metan może, choć nie musi, być produktem procesów biologicznych, choć większość tego gazu obecnego na Ziemi jest efektem występowania na niej życia.

W lipcu 2024 r. marsjański łazik Preservance znalazł na dnie krateru Jezero i dawnej delty rzecznej, kamień w kształcie grotu. Pokrytą jasnymi żyłkami siarczanu wapnia skałę – dowód, że przebywała ona kiedyś w wodzie, nazwano Cheyava Falls od najwyższego wodospadu w Wielkim Kanionie Kolorado. Dzięki instrumentowi SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) wykryto w niej chemiczne sygnatury związków organicznych. Gołym okiem widać struktury, które mogą być śladami mikrobiologicznego życia sprzed miliardów lat, gdy przez Neretva Vallis płynęła jeszcze woda.

To charakterystyczne jasne plamki milimetrowej wielkości, otoczone ciemnymi obwódkami, które mogą zawierać żelazo i fosforany. Na Ziemi takie cętki powstają, gdy cząsteczki organiczne reagują z hematytem lub utlenionym żelazem – te reakcje są paliwem ziemskich bakterii. Niestety, łazik nie posiada niezbędnego do gruntownego przebadania skały laboratorium, zaś program transportu próbek z Marsa na Ziemię, wspólny dla NASA i ESA Mars Sample Return, może stracić finansowanie…

Co dalej z Marsem?

Czy na powierzchni Marsa pojawią się jeszcze kiedyś zbiorniki wody w stanie ciekłym? Terraformowanie Czerwonej Planety nie jest tematem niniejszego tekstu, ale takie pomysły dojrzewają od dawna, rodząc się najpierw w głowach pisarzy science fiction, np. u Kima Stanley’a Robinsona, autora trylogii: Czerwony / Zielony / Niebieski Mars. Niewątpliwie zagadnienie to nie jest łatwe. Niemal dziesięciokrotnie mniejszy od Ziemi Mars jest pozbawiony tektoniki płyt. Brak mu pola magnetycznego, które mogłoby chronić powierzchnię przed zabójczym promieniowaniem pochodzącym z wiatrów słonecznych, które powoduje powstanie na nim dużego stężenia mocno dezynfekującego perhydrolu. Grawitacja jest za niska, by móc utrzymać atmosferę na dłużej. A jednak…

W 1971 r. Carl Sagan zaproponował pokrycie czap lodowych Marsa czymś ciemnym w celu ich odparowania i zagęszczenia atmosfery. Uzgodnionym kierunkiem było podniesienie temperatury planety w celu stworzenia warunków dla życia opartego na fotosyntezie, a dopiero potem wzrost poziomu tlenu w atmosferze. W kolejnych dekadach proponowano orbitujące lustra czy użycie mocnych gazów cieplarnianych, jak chlorofluorowęglowodory, do podgrzania planety. W 2019 r. Robin Wodworth i Laura Kerber z zespołem zaproponowali lokalne rozpościeranie nad lodem osłon z aerożelu krzemionkowego o grubości 2-3 cm. Miałby on jednocześnie przepuszczać wystarczającą ilość światła dla fotosyntezy i blokować promieniowanie ultrafioletowe oraz podnosić temperaturę pod spodem powyżej temperatury topnienia wody. Celem takiego zabiegu byłoby stworzenie lokalnych warunków dla przetrwania życia opartego na fotosyntezie…

W sierpniu 2024 r. grupa naukowców z zespołu Edwina Kite’a, bazując na koncepcji noblisty Johna Hasbroucka van Vlecka (m.in. współtwórcy Laboratorium Broni Nuklearnej w Los Alamos i członka projektu Manhattan), zaproponowała ogrzanie Marsa za pomocą aerozolu z nanoprętów wykonanych z żelaza lub glinu – elementów dostępnych w marsjańskim regolicie (rozważa się również węgiel). Zgodnie z ich obliczeniami, przewodzące elektryczność pręciki o długości około dziewięciu mikrometrów mogłyby ogrzać Marsa ponad pięć tysięcy razy skuteczniej niż najmocniejsze gazy cieplarniane, a te wymagałyby przecież elementów rzadko spotykanych na powierzchni Czerwonej Planety.

Nanopręty rozpraszałyby światło słoneczne w jednym kierunku i blokowały odbijaną przez powierzchnię planety podczerwień w drugim. Podobnie jak pył marsjański, który szybuje do wysokości 60 km, byłyby wynoszone wysoko w atmosferę Marsa. W odróżnieniu od pyłu, który ochładza planetę, filtrowałyby promieniowanie podczerwone tylko w jednym kierunku. Modele klimatyczne sugerują, że stałe uwalnianie cząstek na poziomie 1,5 mln ton rocznie – do uzyskania gęstości 10 mln ton w atmosferze, ogrzałoby Marsa o ponad 30°C. Wraz ze wzrostem temperatury, do pracy ruszyłyby dwutlenek węgla i para wodna – bardzo skuteczny gaz cieplarniany, sublimujące coraz szybciej z lodowych czap Marsa. Atmosfera zaczęłaby gęstnieć, lód topić, a po powierzchni Czerwonej Planety znów popłynęłaby woda…

Dylemat, czy jeśli istnieje tam życie, wolno nam na nie wpłynąć, a najprawdopodobniej zniszczyć je życiem przyniesionym z Ziemi, czy to nieumyślnie, czy w celu terraformowania, pozostawiam na inną okazję.

Zdj. główne: NASA