Bombalarla: Güneş, Mars'ın atmosferini ve suyunu böyle yok etti.

Mars'ın geçmişinin karmaşık bulmacasında, gezegen jeologlarının onlarca yıldır yerine oturtmaya çalıştığı bir parça var. Varlığının başlangıcında, şimdi kurak ve kuru olan kırmızı gezegen, denizler kadar büyük gölleri besleyen güçlü nehirlerle hareketli, sulu bir dünya olabilirdi. Belki de yaşam vaadini barındıran uçsuz bucaksız su alanları.

Ancak bugün komşu dünya, suyun buz formunda kıt olduğu ve bir zamanlar ıslak olan geçmişin hayaletinden başka bir şey olmayan ıssız, kurak, donmuş bir çölden başka bir şey değil. Mars'taki tüm su nereye gitti ve neden? Bu soru, bilim insanlarına uzun süredir eziyet eden bulmacanın eksik parçası.

Şimdi, on yıldan fazla süren titiz gözlem ve analizin ardından, Kasım 2013'ten beri Mars'ın yörüngesinde olan NASA'nın MAVEN (Mars Atmosferi ve Uçucu Evrim) görevi, eksik parça olabilecek anlaşılması zor bir mekanizmayı ortaya çıkardı. Mars'ın suyunun büyük çoğunluğunu nasıl kaybettiğini anlamanın anahtarı olabilecek ' püskürtme ' adı verilen 'atmosferik kaçış' süreci. Keşif, ' Science Advances ' dergisinde yeni yayımlandı.

Mars yüzeyi hiçbir hikaye anlatmıyor: çok daha ıslak bir geçmişin belirgin izleriyle çaprazlanmış. Bir zamanlar nehir olan vadiler, kuru göl yatakları ve yalnızca suyun varlığında oluşan mineraller, sıvı suyun gezegenin üzerinde serbestçe aktığı bir zamana doğrudan tanıklık ediyor.

Ve biliyoruz ki, tüm bu sıvı suyu korumak için Mars'ın geçmişte, Dünya'nınki gibi, ısıyı hapsedebilen ve yüksek yüzey basıncını koruyabilen, bugünkünden çok daha yoğun bir atmosfere sahip olması gerekir. Bu atmosferin ne zaman ve nasıl azaldığını anlamak, Kızıl Gezegen'in iklimsel evrimini yeniden yapılandırmak ve dolayısıyla ne kadar süre yaşanabilir kalmış olabileceğini belirlemek için önemlidir.

Son birkaç yıldır bilim insanları, Güneş tarafından yayılan yüklü parçacıkların sürekli akışı olan güneş rüzgarının Mars atmosferinin çoğunun kaybından sorumlu olabileceğine dair giderek artan kanıtlar biriktirdiler. Nisan 2022'de uluslararası astronomi topluluğu, güçlü bir güneş parlamasının Merkür'ün üzerinden nasıl 'geçtiğine' ve tek bir darbede atmosferinin bir kısmını nasıl soyduğuna ilk elden tanık oldu. Bu, hiç durmayan sürekli bir akış olan güneş rüzgarından farklı ve çok daha güçlü, şiddetli ve dakik bir olaydı, ancak olay yıldızımızın gezegenlerini 'soyma' yeteneğini çok açık bir şekilde ortaya koydu.

MAVEN görevi tarafından tespit edilen püskürtme, atomların enerjik yüklü parçacıklar tarafından atmosferden fırlatıldığı bir kaçış sürecidir. Colorado Boulder Üniversitesi Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı'nda MAVEN baş araştırmacısı ve çalışmanın baş yazarı Shannon Curry, "Bu bir havuza bomba atmak gibi," diye açıklıyor. "Ancak bu durumda bomba, atmosfere çok hızlı bir şekilde çarpan ve nötr atomları ve molekülleri sıçratan ağır iyonlardır." Bu nedenle, havuzdaki su gibi, Mars'ın üst atmosferinden atomları ve molekülleri "sıçratan" ve onları gezegenin yerçekimsel çekiminden kurtarıp uzaya fırlatan küçük top atışlarının sürekli bir "bombardımanı"dır.

Bilim insanları daha önce bu 'püskürtme'ye dair dolaylı ipuçları bulmuş olsalar da, bunu doğrudan hiç gözlemlememişlerdi. Aslında önceki kanıtlar, Mars'ın üst atmosferindeki argon izotoplarının analizinden geliyordu. Daha hafif izotoplar, daha ağır olanlara göre atmosferde daha yükseğe yerleşir. Mars atmosferinde argonun ağır izotoplarından çok daha az hafif izotop olduğu keşfedildi ve bu daha hafif izotopların yalnızca püskürtme yoluyla giderilebileceği ortaya çıktı. Shannon Curry, "Sanki bir kamp ateşinin küllerini bulmuş gibiydik," diye açıklıyor. "Ancak gerçek yangını -bu durumda püskürtmeyi- doğrudan görmek istedik."

Püskürtmeyi eylem halinde görmek için MAVEN ekibinin uzay aracında bulunan üç cihazdan doğru yer ve zamanda eş zamanlı ölçümlere ihtiyacı vardı: Güneş Rüzgarı İyon Analizörü, Manyetometre ve Nötr Gaz ve İyon Kütle Spektrometresi. Araştırmacıların ayrıca gezegenin hem gündüz hem de gece tarafında düşük irtifalarda ölçümlere ihtiyacı vardı ve bu da yıllarca gözlem gerektirdi.

Son olarak, bu araçlardan gelen verileri birleştirmek, çalışmanın yazarlarının güneş rüzgarıyla ilişkili olarak argon püskürtmesinin yeni bir haritasını oluşturmalarına olanak sağladı. Bu harita, enerjik parçacıkların atmosfere çarptığı ve argon "püskürttüğü" yüksek irtifalardaki tam konumlarda argonun varlığını ortaya koydu ve püskürtmeyi gerçek zamanlı olarak gösterdi. Araştırmacılar ayrıca, sürecin daha önce tahmin edilenden dört kat daha yaygın olduğunu ve bu oranın güneş fırtınaları sırasında arttığını keşfettiler.

Mars atmosferindeki püskürtmenin doğrudan gözlemlenmesi, bu sürecin, şüphelenildiği gibi, Güneş'in aktivitesinin çok daha yoğun olduğu Mars'ın erken tarihinde atmosferik kaybın büyük bir kaynağı olduğunu doğrular. Genç Güneş'in erken dönemlerinde daha aktif olduğunu ve bugün olduğundan daha güçlü ve daha sık güneş rüzgarı çıkışları yaydığını ve bunun püskürtmenin etkisini artırmış olabileceğini hatırlamak önemlidir.

Curry, "Bu sonuçlar," diyor, "sıçramanın Mars atmosferinin kaybında ve Mars'taki suyun geçmişinin belirlenmesindeki rolünü ortaya koyuyor." Keşif, bilim insanlarının nihayet Mars yüzeyinde sıvı suyun var olmasına izin veren koşulları ve bunun milyarlarca yıl önce gezegenin yaşanabilirliği üzerindeki etkilerini anlamalarına yardımcı olacak. Eğer Mars yaşamı desteklediyse, büyük ihtimalle gezegen daha sıcak ve daha ıslakken gelişmiştir. Sıçrama bize Mars'ın geçmişine dair bir pencere sunuyor ve Kızıl Gezegen'in yaşam için ne kadar süre elverişli bir ortam olabileceğini daha iyi anlamamızı sağlıyor.

Dahası, bu çalışma diğer dış gezegenlerin yaşanabilirliğini belirlemede de çıkarımlarda bulunabilir. Bir dış gezegenin atmosferi varsa ve güçlü bir yıldız rüzgarına maruz kalıyorsa, püskürtme atmosferik kaybın önemli bir mekanizması olabilir ve bu da yaşam barındırma potansiyelini etkileyebilir.