Jak a proč Mars přišel o svou atmosféru a vodu?

Mars měl kdysi hustý plynný obal, jenž umožňoval, aby se na povrchu planety vyskytovala kapalná voda. V důsledku dramatických klimatických změn však značná část ovzduší vymizela. Sonda NASA nazvaná MAVEN provádí rozhodující měření úniku plynů, které nám poskytne klíč k chybějící atmosféře Marsu a k její historii. 

Na počátku byly příznivé podmínky 

Už při analýze snímků pořízených orbitálními moduly sond Viking, jež startovaly v roce 1975, dospěli astronomové k závěru, že v minulosti rudou planetu opakovaně pokrýval oceán. K výlevům vody na povrch docházelo zřejmě v důsledku mohutného vulkanismu, který rovněž uvolňoval do atmosféry oxid uhličitý. Teplota pak rostla vlivem skleníkového efektu. A tak si můžeme Mars v době jeho rané existence představit jako planetu podobnou Zemi. 

Významný pozůstatek zmíněné etapy, kterou vědci označují jako Noachian Age, představují suchá koryta a jejich rozvětvená údolní síť. Na snímcích Marsu pořízených kosmickými sondami se podařilo identifikovat přibližně čtyřicet tisíc říčních údolí. Astronomové dospěli k závěru, že na rudé planetě – podobně jako na Zemi – existoval globální hydrologický cyklus, včetně oblačnosti, dešťových srážek, tekoucích řek, ukládání depozitů a podpovrchové vody.

Podle studií vědců z University of Colorado se před 3,5 miliardy roků rozkládal přibližně na třetině Marsu oceán. Z výpočtů vyplývá, že se na rudé planetě vyskytovalo asi desetkrát méně vody než v pozemských oceánech, nicméně třetí člen Sluneční soustavy má v porovnání se Zemí zhruba poloviční průměr. Uvedené množství vody by přitom stačilo na oceán o hloubce 550 metrů pokrývající celou planetu. 

Oceán na severní polokouli?

Evropská sonda Mars Express, jež odstartovala 2. června 2003, získala o někdejší existenci oceánu na rudé planetě přesvědčivé důkazy. Palubní radar MARSIS neboli Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding sbírá od roku 2005 data o tamních povrchových a podpovrchových strukturách. Jérémie Mouginot získané údaje analyzoval a dospěl k závěru, že nížiny na severní polokouli pokrývá hornina o nízké hustotě. „Podle nás z toho vyplývá, že přítomné usazeniny mohou být bohaté na vodní led,“ vysvětluje astronom. „Jde tedy o důkaz, že se v této oblasti v dávné minulosti nacházel velký oceán.“

Astronomové předpokládají na Marsu existenci dvou časově oddělených oceánů: Jeden se na jeho povrchu rozkládal přibližně před čtyřmi miliardami let, kdy na planetě převládalo teplé období. Druhý se objevil před třemi miliardami roků, poté co nejspíš v důsledku zvýšené vulkanické aktivity roztál podpovrchový led, načež vzniklá obří koryta odváděla vodu do níže položených míst. Pozdější oceán však přetrval jen dočasně. 

Jak odhaduje Jérémie Mouginot, maximálně během několika milionů let voda buď znovu zamrzla do hornin v podpovrchových vrstvách, nebo se změnila v páru a pozvolna stoupala do atmosféry. „Tento oceán se zřejmě na Marsu nerozkládal dost dlouho, aby se v něm mohl začít vyvíjet život,“ vysvětluje Mouginot.

Historie marsovské vody

O přítomnost vody na rudé planetě se astronomové zajímají již desítky let a díky sondě Mars Express se podařilo mnoho dosavadních spekulací nahradit fakty. „Nyní přepisujeme historii Marsu,“ objasňuje Gerhard Neukum z Freie Universität Berlin, vědecký pracovník týmu kamery HRSC na palubě zmíněné družice. „Obraz teplé a vlhké planety není úplně správný. Tato perioda trvala pouze několik set milionů let a před čtyřmi miliardami roků skončila.“

Sonda Mars Express nese tři přístroje, které by nám měly pomoct uvedenou problematiku osvětlit. Kromě již zmíněného radaru MARSIS se jedná o spektrometr OMEGA, jenž pracuje v oboru viditelného a infračerveného záření a má za úkol hledat na povrchu rudé planety minerály vzniklé za přítomnosti vody. 

„Dokázali jsme, že voda se mohla na Marsu vyskytovat trvale, avšak nikoliv příliš dlouho,“ vysvětluje Jean-Pierre Bibring z francouzského L’Institut d’Astrophysique Spatiale. Přístroj OMEGA skutečně detekoval jílům podobné minerály, které vznikly během dlouhodobého působení životodárné tekutiny – avšak jen v nejstarších oblastech Marsu.

Z toho vyplývá, že kapalná voda se na planetě nacházela pouze v období prvních několika stovek milionů let. Poté sice občas pronikla na povrch z hlubších vrstev, pomalu se však zase vypařovala za vzniku sulfátů, jejichž výskyt OMEGA rovněž potvrdila. Jakmile skončila i tato éra a zbývající voda na povrchu zamrzla, objevoval se v půdě v důsledku působení atmosféry oxid železitý a planeta postupně „zčervenala“.

Fotografie pořízené kamerou HRSC zřetelně ukazují extrémně staré oblasti Marsu, které erodovaly vlivem tekoucí vody. Zachycují také obrovská údolí vyhloubená gigantickým ledovcem v období, kdy teplota příliš poklesla, než aby se na planetě mohla vyskytovat voda v kapalném stavu. Neukum navíc doplňuje: „Objevili jsme spojitost mezi sopečnými regiony a oblastmi, které poznamenal příliv vody.“ 

Všude, kde na Marsu probíhala vulkanická činnost, totiž roztál podpovrchový led a voda se pak valila v proudech. Některá z identifikovaných říčních koryt přitom vznikla z geologického hlediska nedávno. „Například na úpatí sopky Olympus Mons jsme pomocí kamery HRSC objevili důkazy tekoucí vody z období před třiceti miliony let,“ uzavírá Neukum.

Proč zmizela atmosféra?

Na palubě sondy Mars Express se nachází také přístroj ASPERA-3 neboli Analyser of Space Plasma and EneRgetic Atoms, jehož úkolem je studovat vzájemnou interakci slunečního větru a marsovské atmosféry. Vědci totiž předpokládají, že právě částice slunečního větru, které doslova bombardovaly ovzduší planety po miliardy let, způsobily současný stav: Mars přišel možná až o 99 % své původní atmosféry, která je nyní přibližně stokrát řidší než ta pozemská. Astronomové se domnívají, že poté co vychladlo planetární jádro a následně vymizelo magnetické pole, byl plynný obal postupně vymetán do kosmického prostoru.

Před 3,5 miliardy roků měl Mars pravděpodobně silné magnetické pole, které však z ne zcela jasných příčin „zmizelo“, a planeta tak zůstala bez ochrany před slunečním větrem. Nabité solární částice pak bezprostředně interagovaly s atmosférou: molekulám ovzduší při tom předávaly část své energie a urychlovaly je natolik, až překonaly gravitační pole planety a následně unikaly do kosmického prostoru. Pokud by podobný osud stihl Zemi, důsledky by byly podobné.

Nejnovější objevy 

Nejnovější informace nám však poskytly pozemní dalekohledy. Mezinárodní vědecký tým po šest let monitoroval vlastnosti vodní páry v atmosféře Marsu pomocí dalekohledů ESO/VLT, přístrojů na Keckově observatoři a teleskopu Infrared Telescope Facility (NASA).

Skutečně se zdá, že zhruba před čtyřmi miliardami let mohlo na mladé planetě existovat dost vody, aby vznikl globální oceán. Kapalina pravděpodobně stékala do níže položených oblastí, kde se následně zformoval rezervoár pokrývající polovinu severní hemisféry, s hloubkou až 1,6 km. „Náš výzkum poskytuje spolehlivý odhad objemu vody na Marsu v minulosti. Vycházíme přitom z množství vody, které postupně uniklo do vesmíru,“ vysvětluje Geronimo Villanueva z Goddardova kosmického střediska NASA.

Nové výsledky ukazují, že rané marsovské oceány obsahovaly minimálně dvacet milionů kilometrů krychlových vody. Je možné, že v minulosti měla planeta životodárné tekutiny ještě víc, přičemž část zásob se mohla uložit do podpovrchových vrstev. „Pokud Mars ztratil tak velké množství vody, byla planeta pravděpodobně vlhká mnohem déle, než jsme si mysleli, a mohla tedy i déle poskytovat vhodné podmínky pro život,“ uzavírá vědecký pracovník NASA Michael Mumma.