Międzynarodowy zespół badaczy „Mars through time”, kierowany przez François’a Forgeta, naukowca z Instytutu Pierre’a Simona Laplace’a we Francji, opracowuje model ewolucji Marsa, który może ujawnić niektóre z długo skrywanych tajemnic planety. Celem jest odpowiedź na pytanie, czy Mars był kiedyś zamieszkany?
Oprac. Redakcja. Artykuł został pierwotnie opublikowany w Horizon, czasopiśmie UE poświęconym badaniom i innowacjom: https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/mars-time-machine-researchers-create-virtual-model-decode-red-planets-climate-evolution
Sześcioletni projekt „Modeling the past climates of planet Mars to understand its geology, its habitability and its evolution” ma się zakończyć w listopadzie 2025 roku i rzucić nowe światło na historię zmiany klimatu Marsa. Dotychczasowe misje dały nam ogólny wgląd w przeszłość planety – wiemy, że jego powierzchnię rzeźbiły lodowce, rzeki i jeziora – ale nie potrafimy do końca opisać krajobrazu sprzed setek tysięcy lat.
„Mars jest tak fascynujący, ponieważ prawdopodobni istniało na nim życie”. – wyjaśnia Forget. – „Nadal jednak niewiele wiemy o procesach klimatycznych, które kształtowały jego powierzchnię. Podjęliśmy się niezwykle ambitnego zadania, próbując zbudować wirtualną planetę ewoluującą w czasie.”
Prace nad modelem trwają od 2019 roku i okazały się trudniejsze niż początkowo sądzono – częściowo z powodu wymaganych mocy obliczeniowych. Ale finał jest już w zasięgu wzroku. „Jestem przekonany, że wkrótce będziemy mieli do dyspozycji wirtualną maszynę czasu, która pozwoli przenieść się w różne okresy historii Marsa i dokładnie zrozumieć, co i kiedy stało się z planetą”. – dodaje Forget.
Krótka historia czasu
Mars, podobnie jak Ziemia, powstał w pierwotnym okresie formowania się Układu Słonecznego, ok. 4,5 miliarda lat temu. Jest mniej więcej o połowę mniejszy od naszej planety i znajduje się dalej od Słońca, przez co otrzymuje mniej promieniowania słonecznego. Jednak coraz więcej dowodów wskazuje na to, że na początku swojego istnienia Mars był ciepłą i wilgotną planetą, bardzo podobną do Ziemi. Badania geologiczne i mineralogiczne pokazują, że miał on grubszą atmosferę, a na jego powierzchni do dziś można dostrzec pozostałości starożytnych jezior i mórz.
W pewnym momencie, 3 do 4 miliardów lat temu, Mars stracił atmosferę z przyczyn, które nie są jeszcze w pełni zrozumiałe. W efekcie z jego powierzchni zniknęła woda w stanie ciekłym. Obecnie Mars jest jałowy i suchy, z wyjątkiem lodu na biegunach oraz wody prawdopodobnie uwięzionej pod powierzchnią planety. Kiedy dokładnie klimat Marsa był ciepły i mokry, to wciąż otwarte pytanie.
„Nie rozumiemy procesów klimatycznych, który to umożliwiły”. – mówi Forget i wskazuje na kluczową kwestię. – „Płynna woda oznacza, że życie na Marsie mogło pojawić się w tym samym czasie, co na Ziemi”.
Uważa się również, że Mars przechodził okresy rozległych zlodowaceń, które rzeźbiły jego powierzchnię, gdy atmosfera planety tymczasowo zniknęła. Model Forgeta powinien nam to wyjaśnić z precyzją, jakiej nie osiągnięto w żadnym poprzednim modelu klimatu Marsa. „Próbujemy stworzyć narzędzie pozwalające symulować ewolucję Marsa przez tysiące lub miliony lat”. – dodaje Forget. – „Kiedy to zrobimy, będziemy mogli modelować ewolucję marsjańskich lodowców i jezior”.
Zmiany w atmosferze
Aby opracować model, Forget i jego zespół wykorzystują dostępne informacje o Marsie i używają potężnych komputerów do symulacji warunków, które mogły mieć wpływ na formowanie się powierzchni planety. Na przykład jedną z istotnych i znanych zmiennych jest nachylenie Marsa podczas orbitowania wokół Słońca. Obecnie wynosi ono około 25 stopni, podobnie jak Ziemi, ale przez całą historię Czerwonej Planety wahało się od prawie 0 do ponad 60 stopni. Z tego względu powierzchnia Marsa była narażona na duże zmiany, jeśli chodzi o otrzymywaną ilość ciepła. Otwartym pytaniem jest również grubość i skład atmosfery planety na przestrzeni czasu. Obecnie atmosfera Marsa stanowi około 1 proc. objętości atmosfery Ziemi, a 95 proc. niej stanowi dwutlenek węgla.
„Kiedyś myśleliśmy, że gwarantem uformowania się ciepłego klimatu planetu jest odpowiednio duża ilość CO2. Ale to nie wystarczy, konieczne są jeszcze inne mechanizmy”. – zaznacza Forget. Obecnie uważa się, że starożytny wulkanizm na Marsie wyrzucił do atmosfery znaczną ilość wodoru, który w połączeniu z dwutlenkiem węgla mógł wytworzyć wystarczający efekt cieplarniany. – „Niestety to tylko teza pełna spekulacji. Równie dobrze na klimat Marsa mogły wpływać zderzenia z asteroidami lub kometami. Opracowane w projekcie narzędzia pozwolą to sprawdzić”.
Twarze Marsa
Chociaż Mars jest dziś jałowy, w przeszłości pokazywał wiele twarzy. „Dzięki zapisom geologicznym, które możemy interpretować za pomocą modeli, prowadzimy analizy potencjalnych 50 światów – od lodowej planety pokrytej lodowcami, po planetę pozbawioną atmosfery lub z atmosferą całkowicie zamarzniętą na biegunach”. – dodaje Forget. – „Nasze rozwiązania można stosować nie tylko w odniesieniu do Marsa, ale także planet krążących wokół innych gwiazd. Dodatkowym celem projektu jest poszukiwanie środowisk nadających się do zamieszkania poza Układem Słonecznym. Granica życia to ważne zagadnienie w badaniach kosmosu. Zrozumienie Marsa da nam możliwość zdobycia takiej wiedzy”.
