De Europees-Russische Marsverkenner Trace Gas Orbiter (TGO) die deel uitmaakt van de eerste ExoMars-missie, heeft een nieuw gas op de Rode Planeet gevonden en leverde ook nieuwe informatie op over de manier waarop onze buurplaneet haar water verliest.
Dit heeft het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA) woensdag meegedeeld, parallel met een publicatie in het het vakblad Science Advances. De TGO, waarop het Belgische NOMAD-instrument staat, verzamelt sinds het voorjaar van 2018 atmosferische gegevens op Mars. Naast de zoektocht naar methaan is de detectie van nieuwe gassen een van de hoofddoelen van de missie. Het recentste onderzoek heeft nu geleid tot de ontdekking van een nieuw gas, tevens halogeengas, in de atmosfeer van Mars: waterstofchloride.
Waterstofchloridegas, of HCl, bestaat uit een waterstof- en een chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd al op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel omdat ze mogelijke indicatoren zijn van vulkanische activiteit. Maar de aard van de waarnemingen – het feit dat waterstofchloride op hetzelfde moment op zeer afgelegen plaatsen werd waargenomen, en het ontbreken van andere gassen die men bij vulkanische activiteit zou verwachten – wijst op een andere bron. Met name op een geheel nieuwe en niet eerder onderzochte interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer van Mars, aangedreven door de stofseizoenen op de Rode Planeet.
In een proces dat veel gelijkenis vertoont met dat op Aarde belanden zouten in de vorm van natriumchloride (NaCl) – overblijfselen van de oceanen die verdampt zijn en gevangen zitten in het stoffige oppervlak van Mars – door de winden in de atmosfeer. Zonlicht verwarmt de atmosfeer waardoor het stof, samen met de waterdamp (H2O) die vrijkomt uit de ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met het water in de atmosfeer waarbij chloor vrijkomt, dat op zijn beurt weer reageert met waterstofmoleculen en waterstofchloride vormt. Door verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof kunnen terugkeren naar het oppervlak, misschien in de vorm van perchloraten, een zoutsoort die bestaat uit zuurstof en chloor.
Water blijkt een cruciaal element te zijn in deze chemie: er is waterdamp nodig om chloor vrij te maken en er is de bijproducten van water – waterstof – nodig om waterstofchloride te vormen. Maar ook het stof speelt een heel belangrijke rol: er wordt meer waterstofchloride waargenomen wanneer de stofactiviteit toeneemt, een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden opwarming van het zuidelijk halfrond.
Ooit zou vloeibaar water over het oppervlak van Mars hebben gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude opgedroogde valleien en rivierbeddingen. Vandaag de dag zit het meestal opgesloten in de ijskappen of onder het oppervlak. Mars lekt ook vandaag nog water in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.
Inzicht in het samenspel van potentiële waterhoudende reservoirs en hun gedrag over de seizoenen heen en op lange termijn is essentieel om de evolutie van het klimaat van Mars te begrijpen. Dit kan door het bestuderen van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarbij één waterstofatoom is vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron).
De deuterium-over-waterstof-verhouding, D/H, vertelt iets over de geschiedenis van het water op Mars, en hoe het waterverlies in de loop der tijd is geëvolueerd. De nieuwe metingen onthullen dramatische variabiliteit in D/H met de hoogte en het seizoen naarmate het water opstijgt van zijn oorspronkelijke locatie.
De gegevens laten zien dat zodra het water volledig is verdampt, het een hoge verrijking in halfzwaar water vertoont met een D/H-verhouding die zes keer zo hoog is als die op Aarde, wat bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan.
Tussen april 2018 en april 2019 lieten de ExoMars-gegevens ook drie gevallen van versneld waterverlies in de atmosfeer zien: de globale stofstorm van 2018, een korte maar intense regionale storm in januari 2019, en het vrijkomen van water uit de zuidelijke poolijskap tijdens de zomermaanden, gekoppeld aan seizoenswisselingen. Van bijzonder belang is een pluim van opstijgende waterdamp tijdens de zuidelijke zomer die op seizoens- en jaarbasis water in de bovenste atmosfeer zou kunnen injecteren, aldus het BIRA.