De leefbaarheid van Mars wordt mogelijk sterk beperkt door de geringe omvang van de planeet.

Water is één van de belangrijkste ingrediënten voor leven zoals wij dat kennen. En ooit moet ook Mars erover hebben beschikt. Op het oppervlak van de rode planeet zijn talloze door rivieren uitgekerfde geulen en zelfs complete delta’s aangetroffen. En rovers hebben in kraters aanwijzingen gevonden dat deze ooit meren herbergden. Het staat allemaal in schril contrast met het Mars van vandaag de dag. Anno 2021 is op het oppervlak van de rode planeet geen vloeibaar water te vinden en daarmee lijkt Mars ook lang niet meer zo geschikt voor leven als vroeger.

Te klein
Maar waarom is op Mars eigenlijk geen vloeibaar water meer te vinden? Vaak wordt het toegeschreven aan een verzwakking van het magnetisch veld van de planeet, dat de ondergang van de dikke Marsatmosfeer inluidde en er uiteindelijk ook voor zorgde dat vrijwel al het water dat Mars rijk was in de ruimte verdween. Zo zou de rode planeet gaandeweg getransformeerd zijn van een warme en bijzonder natte naar een koude en droge planeet.

Gedoemd
Je zou kunnen concluderen dat Mars – in tegenstelling tot de aarde, die nog altijd heel behaaglijk is – gewoon pech heeft gehad. Maar in een nieuw onderzoek komen wetenschappers met een alternatieve theorie op de proppen. Mars was vanwege de geringe omvang van de planeet van begin af aan al gedoemd om water kwijt te raken.

Zwaartekracht
Het is eigenlijk heel simpel, zo legt onderzoeker Kun Wang aan Scientias.nl uit. “De zwaartekracht – die weer bepaald wordt door de massa van een planeet – bepaalt hoeveel vluchtige elementen de planeet tijdens zijn totstandkoming kan vasthouden.” Heeft de planeet een geringe omvang en massa, dan is ook de zwaartekracht zwakker en kunnen vluchtige elementen (zoals waterstof) gemakkelijker aan die zwaartekracht ontsnappen en de ruimte in glippen. “Dit intuïtieve idee is niet nieuw, maar het is nog nooit met echte data gedemonstreerd,” aldus Wang. Maar daar is nu verandering in gekomen. “Ons onderzoek is één van de eerste studies waarin een perfecte correlatie wordt aangetoond tussen de omvang van een planeet en de mate waarin vluchtige stoffen in de ruimte verdwijnen.”

Kalium
Voor hun onderzoek bogen Wang en collega’s zich over kalium: een vluchtig element, maar niet zo vluchtig als waterstof. “Hoe vluchtiger een element is, hoe meer er van dat element in de ruimte verdwijnt,” legt Wang uit. “En daarmee is het element dus ook lastiger te meten, omdat er minder van overblijft. Kalium is een matig vluchtig element; het is niet zo vluchtig dat het compleet verloren gaat en is daarom ook gemakkelijker te meten.”

Meteorieten
Wang en collega’s namen 20 Marsmeteorieten die tussen de 200 miljoen en vier miljard jaar oud waren. “We maten de chemische samenstelling van deze meteorieten,” zo vertelt Wang. “We richtten ons daarbij specifiek op de verhouding tussen een zwaar kaliumisotoop (kalium-41) en een licht kaliumisotoop (kalium-39).” De metingen wijzen uit dat Mars tijdens zijn totstandkoming meer kalium – en andere vluchtige elementen – is kwijtgeraakt dan de aarde (die veel groter is). Maar tegelijkertijd wist de rode planeet veel meer van deze vluchtige elementen vast te houden dan de maan en planetoïde 4-Vesta; twee hemellichamen die kleiner en droger zijn dan de aarde en Mars.

Mars
Het bevestigt het eerdergenoemde vermoeden dat er een verband is tussen de omvang van hemellichamen en de mate waarin zij in staat zijn om vluchtige elementen vast te houden. Maar wat betekent dat nu voor Mars? “Er is geen twijfel over mogelijk dat er miljarden jaren geleden vloeibaar water over het oppervlak van Mars stroomde,” stelt Wang. “Dat blijkt uit morfologisch en mineralogisch bewijs, zoals foto’s van opgedroogde riviervalleien en kanalen. Maar je kunt op basis daarvan niet vaststellen hoeveel water er vanaf het begin was. Sommige mensen hebben een heel rooskleurig beeld geschetst van het jonge Mars door te stellen dat het meer water herbergde dan de aarde. En dat leidde er weer toe dat veel mensen zich afvroegen: als er op aarde leven is ontstaan, waarom dan niet op Mars? In onze studie stellen we paal en perk aan de totale hoeveelheid water en andere vluchtige elementen die zich op Mars konden verzamelen en stellen we dat deze hoeveelheden veel kleiner moeten zijn geweest dan op de aarde. Het betekent ook dat de kans dat er op Mars leven is ontstaan kleiner is. Het is in lijn met het feit dat we tot op heden geen tekenen van leven op Mars hebben gevonden. Deze nieuwe studie zet mensen weer met beide benen op de grond.”

Leefbaar zijn is lastig
Mars beschikte door zijn geringe omvang in beginsel dus al over minder water en vluchtige elementen. En door dat gebrek aan vluchtige elementen was de planeet ook gedoemd om uit te drogen. “Het onderzoek benadrukt maar weer eens hoe lastig het voor een planeet is om leefbaar te zijn,” stelt Wang. “De afstand tot de zon doet ertoe, maar de omvang van de planeet is ook belangrijk. Te groot zou betekenen dat deze te veel gassen vasthoudt en een te dikke atmosfeer ontwikkelt. Maar is de planeet te klein dan zijn er juist te weinig vluchtige elementen.”

Het onderzoek heeft zeker niet alleen implicaties voor Mars, maar ook voor de zoektocht naar leven op planeten buiten ons zonnestelsel. Regelmatig ontdekken onderzoekers dergelijke exoplaneten. En als ze rotsachtig zijn, rijst natuurlijk direct de vraag of er misschien leven mogelijk zou zijn. Op dit moment wordt er voor een antwoord op die vraag vaak allereerst gekeken naar de afstand tussen de planeet en zijn moederster. Want die dicteert of op zo’n planeet vloeibaar water kan bestaan. Een geringe afstand tot de moederster betekent namelijk dat eventueel vloeibaar water verdampt. En als de afstand te groot is, bevriest eventueel vloeibaar water juist. Een planeet moet zich dan ook op een bepaalde afstand van de moederster bevinden – in de zogenoemde leefbare zone – om vloeibaar water te kunnen herbergen. Het nieuwe onderzoek pleit er echter voor om naast de afstand tot de moederster ook de omvang van de planeten in ogenschouw te nemen. “De studie laat zien dat er voor planeten een heel smal scala aan groottes is waarbij de planeten net genoeg – maar ook weer niet te veel – water herbergen om op hun oppervlak leefbare omstandigheden mogelijk te maken,” stelt onderzoeker Klaus Mezger. “Deze resultaten zullen astronomen helpen in de zoektocht naar leefbare exoplaneten in andere zonnestelsels.” Wang onderschrijft dat. “De omvang van een exoplaneet is één van de parameters die het gemakkelijkst te bepalen is. Afgaand op omvang en massa kunnen we nu vaststellen of een planeet een kandidaat voor leven is, omdat omvang een eerste belangrijke factor is voor het vasthouden van vluchtige elementen.”