Új modellek szerint a korai Marsot a nagy magasságú vízjégfelhők által okozott üvegházhatás melegíthette fel, ezzel lehetővé téve tavak jelenlétét a felszínen.

A mai Mars egy hideg sivatagbolygó. Korábban azonban melegebb, felszínén folyékony vízzel rendelkező planéta volt. 1972-ben a Mariner–9 űrszonda a bolygó felszínén kiszáradt folyóvölgyekről készített felvételeket, és több későbbi űreszköz is megfigyelte az ősi tavak és folyódelták nyomait. Hogy milyen meleg lehetett a Mars egy olyan időszakban, amikor a Nap halványabb volt, mint ma, az a bolygótudomány régi rejtélye.

Edwin Kite (University of Chicago) és munkatársai új tanulmányukban, amely a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban jelent meg, számítógéppel modellezték a Mars korai éghajlatát. Arra jutottak, hogy bizonyos feltételek mellett a Mars magas légköri vízjégfelhőzete okozta üvegházhatás hosszabb időre felmelegíthette a bolygót.

Vízjég az üvegházhatás szolgálatában

Amikor a felszíni jég szublimáció során vízpára formájában a légkörbe jut, felmelegszik, és ahogy egyre feljebb áramlik, jégfelhőket alkot. A mai Mars rendelkezik ugyan jégfelhőkkel, de azok nem okoznak jelentős üvegházhatást. „Az űrkorszak marsi légköre túl vékony és hideg ahhoz, hogy jelentős mennyiségű jégfelhőt hozzon létre.” – mondja Kite. „Az egész éghajlati rendszerből hiányzik a víz.”

Korábban azonban a Mars légköre sűrűbb és melegebb volt, így a több vízgőz jelenléte lehetővé tette volna vastag jégfelhők kialakulását nagy magasságokban. Korábbi tanulmányok szerint ezek a felhők az üvegházhatás révén felmelegíthették a Marsot azáltal, hogy a Napból érkező látható fényt átengedték, miközben a bolygó által kibocsátott infravörös sugárzást csapdába ejtették. Ezek a tanulmányok azonban nem találták nyomát hosszú távú, erős hatásnak.

A korai Mars éghajlata: magas szintű felhők és jégfoltok

A kutatócsoport számítógéppel modellezte a Mars légkörének 2,9–3,7 milliárd évvel ezelőtti állapotát, azt az időszakot, amikor a geológiai képződmények alapján feltételezhetően folyékony víz lehetett a bolygó felszínén. Az új modellek azt mutatták, hogy a vízjégfelhők okozta üvegházhatás miatt évszázadokon át tavak lehettek a felszínen.

Ahhoz, hogy ez a hatás érvényesüljön, a felszíni jégnek foltokban kellett jelen lennie. A számítógépes modellben csupán a bolygó déli sarki területén és az Alba Monson, egy ősi vulkán magasabb területein volt felszíni jég. Az eredmények szerint a légkör páratartalma alacsony maradt, a felhők pedig nagy magasságokban jöttek létre. „A magas szintű felhők okozzák a legnagyobb üvegházhatást.” – mondja Kite.

Ha a felszíni jég kiterjedtebb volt (ahogy egy korábbi kutatás írja), akkor a páratartalomnak magasabbnak kellett lennie, és a felhőknek alacsonyabban kellett kialakulniuk, limitálva az üvegházhatást. Az azonban még nyitott kérdés, hogy valójában mennyire volt kiterjedt a felszíni jég a korai Marson.

Mivel a vízpára egy évnél hosszabb ideig is megmaradhatott a marsi légkörben, mielőtt kiszabadult volna az űrbe vagy fogságba esett volna a talajban, a jégfelhők szétterjedhettek az egész bolygó felett. A kiterjedt, vastag, magas szintű jégfelhők miatt a felszín minden nap több órára fagypont fölé melegedhetett az olyan helyeken, ahol a jelenlegi ismereteink szerint régen tavak lehettek. A szimulációkban az éghajlat meleg és száraz volt; talajvízáramlás, időnkénti viharok és az olvadó felszíni jég is táplálhatta a tavakat.  

Lakhatóság a Marson és máshol

A Mars korai éghajlatának vizsgálata segíthet többet megtudnunk a lakhatóságáról, mivel ez az egyetlen ismert bolygó, amelynek a felszíni körülményei jelentősen megváltoztak. Az a tény, hogy hasonló a Földhöz, és jól feltárható geológiai nyomokkal rendelkezik, amelyek a múltbéli folyékony víz jelenlétét igazolják, vonzó célponttá teszi a bolygók klímaváltozásának tanulmányozására.

„Ez az új tanulmány azért érdekes, mert nem igényel semmilyen egzotikus feltételt, csupán egyszerű, jégkristályokból álló felhőket.” – mondja Ralph Lorenz (Johns Hopkins Applied Physics Lab) bolygókutató, aki nem vett részt a kutatásban. „A felhők a Föld éghajlati rendszerében is fontos pillérek, hozzájárulhattak a lakhatósági feltételek fenntartásához a korai Marson és a korai Földön is.”

A Mars korai időszakában végbement klímaváltozások vizsgálata hatással lehet az exobolygók lakhatóságának kutatására is. A korábbi éghajlati modellek kimutatták, hogy bármekkora mennyiségű szén-dioxid sem lenne elegendő ahhoz, hogy felmelegíthesse annyira a Marsot, hogy fennmaradjon rajta a folyékony víz, magyarázza Kite. „Tehát alapvetően egy nem szén-dioxid-alapú üvegházhatás után kutatunk.” A vízjégfelhők nemcsak a korai Marson járulhattak hozzá a felmelegedéshez, de egyes exobolygókon is.

Forrás: csillagaszat.hu / skyandtelescope.org