Onderzoek verklaart hoe op een jong Mars – waarop de gemiddelde temperatuur ver onder het vriespunt lag – toch water kon stromen.

Het is een mysterie. Op het oppervlak van Mars vinden we geologisch bewijs – bijvoorbeeld vier miljard jaar oude, door vloeistoffen uitgekerfde valleien – dat erop wijst dat de planeet ooit warm en nat was. Maar tegelijkertijd vertellen klimaatmodellen ons dat de gemiddelde temperatuur op het jonge Mars ver onder het vriespunt bleef. Hoe kunnen we die twee verhalen met elkaar verenigen? Hoe kan er ooit genoeg water over Mars hebben gestroomd om valleien uit te kerven, als de planeet ijzig koud was?

Antarctica
In het blad Icarus komen onderzoekers met een mogelijke oplossing voor dat vraagstuk. Hun studie wijst erop dat Mars lang geleden inderdaad heel koud was, maar dat gedurende de zomer toch toptemperaturen werden behaald die ervoor zorgden dat de randen van gletsjers smeltten. Daarbij ontstonden kleine hoeveelheden smeltwater die – jaar na jaar – toch in staat waren om de valleien op de rode planeet vorm te geven. “We zien dit ook in de Droge Valleien van McMurdo op Antarctica, waar de seizoensgebonden verschillen in temperatuur voldoende zijn om meren te doen ontstaan en in stand te houden, ook al ligt de gemiddelde jaarlijkse temperatuur ver onder het vriespunt,” vertelt onderzoeker Ashley Palumbo.

Valleien op Mars. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech / Arizona State University.

Modellen
De onderzoekers baseren hun conclusies onder meer op een geavanceerd klimaatmodel van het jonge Mars. Dit klimaatmodel gaat ervan uit dat de atmosfeer van Mars in een ver verleden – net zoals vandaag – voornamelijk uit koolstofdioxide bestond. Het model genereert een vrij koud en ijzig jong Mars, deels ook doordat de energieproductie van de zon in die tijd nog een stuk lager uitviel. De onderzoekers modelleerden Mars meerdere keren en pasten daarbij sommige variabelen aan: zo werd er geëxperimenteerd met een atmosfeer die verschillende diktes had (aangenomen wordt dat de atmosfeer van Mars in het verleden dikker was dan nu, maar hoe dik precies, blijft onduidelijk). Ook werd gespeeld met de mate van opwarming door toedoen van broeikasgassen en variaties in de baan en stand van de rotatie-as van Mars.

Zomerse temperaturen
Uit het model rolde zo een aantal scenario’s waarbij ijs de gebieden nabij de locatie van valleien bedekte. En hoewel de gemiddelde jaarlijkse temperatuur in deze scenario’s ver onder het vriespunt bleef, bracht het model in de zuidelijk gelegen hooglanden wel zomerse toptemperaturen voort die boven het vriespunt uitkwamen. In die scenario’s was smeltwater dus verantwoordelijk voor de valleien.

Genoeg?
Maar brachten al die scenario’s wel voldoende smeltwater voort om de valleien die we nu op Mars zien, uit te kerven? Een paar jaar geleden berekenden onderzoekers hoeveel water er minimaal nodig was om de grootste valleien uit te kerven. En die data gebruikten onderzoekers om te kijken welke gemodelleerde scenario’s konden verklaren wat we nu op Mars zien. Zo ontdekten ze dat het scenario waarin de baan van Mars zeer excentrisch was (afweek van een cirkelvorm) het beste paste. En zo’n zeer excentrische baan past keurig binnen het scala aan omloopbanen waarvan onderzoekers het aannemelijk achten dat Mars ze in het verleden kan hebben gevolgd.

“Deze studie voegt een plausibele hypothese toe die verklaart hoe vloeibaar water op het jonge Mars kan zijn ontstaan,” denkt onderzoeker Jim Head. Hij sluit echter niet uit dat het koude Mars ook op andere manieren nog aan vloeibaar water wist te komen. “We verkennen momenteel andere potentiële mechanismen die de planeet kunnen hebben verwarmd, waaronder vulkanisme en inslagen die ook kunnen hebben bijgedragen aan smelt op een koud en ijzig jong Mars.”