Lehdistötiedote

Mars: Planeetta, joka menetti valtameren verran vettä

5. maaliskuuta 2015

Marsin alkukantaisessa valtameressä oli enemmän vettä kuin Maan Pohjoisessa jäämeressä ja se peitti suuremman osan planeetan pinnasta kuin Atlantin valtameri peittää Maasta. Näin todetaan tänään julkaistuissa uusissa tutkimustuloksissa. Kansainvälinen tiedemiesryhmä on käyttänyt ESO:n VLT-teleskooppia sekä W. M. Keckin observatorion ja NASA:n Infrapunateleskooppijärjestelmän havaintolaitteita seuratakseen planeetan kaasukehää ja kartoittakseen veden ominaisuuksia eri osissa Marsin kaasukehää kuuden vuoden ajan. Nämä uudet kartoitukset ovat ensimmäisiä lajissaan. Tulokset ilmestyvät julkaisusarjan Science verkkosivuilla tänään.

Noin neljä miljardia vuotta sitten nuorella planeetalla oli tarpeeksi vettä peittämään sen koko pinnan noin 140 metriä paksun nestekerroksen alle. On kuitenkin todennäköistä, että neste olisi kasaantunut muodostamaan valtameren, joka peitti lähes puolet Marsin pohjoisesta pallonpuoliskosta paikoin jopa 1.6 kilometrin syvyisenä.

"Tutkimuksemme tarjoaa vakuuttavan arvion siitä paljonko vettä Marsissa aikanaan oli määrittämällä paljonko vettä katosi avaruuteen," sanoo Geronimo Villanueva, NASA:n, Marylandin Greenbeltissä, Yhdysvalloissa sijaitsevan Goddard Space Flight Centerin tutkija ja uuden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Tämän työn myötä ymmärrämme paremmin Marsin veden historiaa."

Uusi arvio perustuu tarkkoihin havaintoihin kahdesta hieman erilaisesta veden muodosta Marsin kaasukehässä. Toinen on veden tuttu muoto H₂O, joka koostuu kahdesta vety- ja yhdestä happiatomista. Toinen on HDO eli puoliraskas vesi, joka on luonnollisesti esiintyvä muoto, jossa yksi vetyatomi on korvautunut deuteriumiksi kutsutulla raskaammalla vedyllä.

Koska deuteriumvesi on raskaampaa kuin normaali vesi, se ei haihdu avaruuteen yhtä helposti. Niinpä mitä suurempi on veden hävikki planeetalta, sitä suurempi H₂O:hon verrattuna on HDO:n suhteellinen osuus jäjelle jäävässä vedessä [1].

Tutkijat erottivat kahden veden eri muodon kemialliset tunnusmerkit käyttäen ESO:n VLT-teleskooppia Chilessä sekä W. M. Keckin observatorion ja NASA:n Infrapunateleskooppijärjestelmän havaintolaitteita Havaijilla [2]. Vertaamalla HDO:n suhdetta H2O:hon, tiedemiehet saattoivat mitata paljonko HDO:n osuus on kasvanut ja siten määrittää paljonko vettä on karannut avaruuteen. Tämä puolestaan mahdollistaa Marsin varhaisten aikojen vesimäärän arvioimisen.

Tutkimuksen puitteissa tutkimusryhmä kartoitti H₂O:n ja HDO:n jakaumaa toistuvasti lähes kuuden Maan vuoden ajan, mikä vastaa noin kolmea Marsin vuotta, ja tuotti planeetanlaajuisia kuvia kummastakin sekä niiden suhteesta. Kartat paljastavat vuodenaikavaihtelua ja mikroilmastoja, vaikka nykyinen Mars onkin pääasiassa aavikkoa.

Yhden tässä tutkimuksessa käytetyn havaintolaitteen rakentamisesta vastannut ESO:n Ulli Kaeufl, joka on yksi uuden tutkimusjulkaisun kirjoittajista, lisää: "Olen jälleen häkeltynyt siitä kuinka tehokkaasti tähtitieteellisiä teleskooppeja käyttäen voidaan etäältä tutkia muita planeettoja. Löysimme muinaisen valtameren yli 100 miljoonan kilometrin etäisyydeltä!"

Tutkimusryhmä oli erityisen kiinnostunut pohjois- ja etelänapojen lähialueista, koska napajäätiköt ovat planeetan suurimmat tunnetut vesivarat. Niihin varastoituneen veden ajatellaan dokumentoineen Marsin veden evoluution noin 3.7 miljardia vuotta sitten päättyneeltä märältä asteroidipommituksen aikakaudelta nykyaikaan.

Uudet tutkimustulokset osoittavat, että kaasukehän vesi napa-alueiden lähellä oli rikastunut seitsenkertaiseksi verrattuna Maapallon valtameriveteen, mikä viittaa siihen, että Marsin pysyvän napajääpeitteen rikastumisaste on kahdeksankertainen. Marsin on täytynyt menettää 6.5 kertaa nykyisiä napajäätiköitä suurempi tilavuus vettä niin korkean rikastumisasteen saavuttamiseksi. Marsin varhaisen valtameren tilavuuden on täytynyt olla vähintään 20 miljoonaa kuutiokilometriä.

Marsin nykyisen pinnan perusteella tämän veden todennäköinen sijainti olisi olllut pohjoisilla tasangoilla, joita on pitkään pidetty hyvänä ehdokkaana niiden alankoluonteen johdosta. Muinainen valtameri siellä on peittänyt 19% planeetan pinnasta. Vertauksen vuoksi Atlantin valtameri peittää 17% Maapallon pinnasta.

"Jos Mars menetti niin paljon vettä, planeetan täytyi olla hyvin todennäköisesti kostea pitempään kuin aikaisemmin ajateltiin, mikä viittaa siihen, että planeetta saattoi olla asuttava pitempään," sanoi Michael Mumma, Goddardin vanhempi tutkija ja tutkimusjulkaisun kakkoskirjoittaja.

On mahdollista, että Marsissa oli kerran vieläkin enemmän vettä, josta osa on saattanut kerrostua pinnan alle. Koska uudet kartat paljastavat mikroilmastoja ja kaasukehän vesimäärän muutoksia ajan mittaan, ne saattavat myös osoittautua hyödyllisiksi pinnanalista vettä etsivissä tutkimuksissa.

Lisähuomiot

[1] Maapallon valtamerissä on noin 3200 H₂O-molekyyliä jokaista HDO-molekyyliä kohden.

[2] Vaikka Marsin pinnalla ja kiertoradalla olevat luotaimet voivat tuottaa paljon yksityiskohtaisempia mittauksia sijaintipaikastaan, ne eivät sovellu koko Marsin kaasukehän ominaisuuksien seurantaan. Tämä on paras tehdä Maapallon suurien teleskooppien infrapunaspektrografeilla.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "Strong water isotopic anomalies in the Martian atmosphere: probing current and ancient reservoirs”, jonka kirjoittivat G. Villanueva et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjan Science verkkosivuilla 5. maaliskuuta 2015.

Tutkimusryhmään kuuluvat 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, Saksa), P. Hartogh (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Saksa), T. Encrenaz (Observatoire de Paris-Meudon, Paris, Ranska), A. Tokunaga (University of Hawaii-Manoa, Hawaii, USA), A. Khayat (University of Hawaii-Manoa) ja M. D. Smith (NASA Goddard Space Flight Center).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Neljä Washington D.C.:ssä sijaitsevan NASA:n pääkonttorin ohjelmaa tuki tätä ohjelmaa: Mars Fundamental Research, Planetary Astronomy, Planetary Atmospheres ja NASA Astrobiology.

Linkit

• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

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

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

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

Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media