Voor het eerst is op de rode planeet waterstofchloride ontdekt.

ESA’s ExoMars Trace Gas Orbiter (kortweg TGO) heeft in de Martiaanse atmosfeer een interessant gas ontdekt. “We hebben voor het eerst waterstofchloride op Mars gespot,” vertelt onderzoeker Kelvin Olsen. “Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars en het vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus die we moeten gaan begrijpen.”

Martiaanse atmosfeer
De ExoMars Trace Gas Orbiter arriveerde in oktober 2016 bij Mars en nestelde zich in een ovaalvormige baan rond de rode planeet. Zijn doel? Jagen op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit. Al in 2018 pikte de Orbiter tijdens een grote, wereldwijde stofstorm opeens signalen van de aanwezigheid van waterstofchloride op, dat gelijktijdig zowel op het noordelijk, als op het zuidelijk halfrond verscheen. Maar voordat de onderzoekers deze verrassende detectie goed en wel konden bestuderen, was het gas alweer verdwenen. Wetenschappers besloten het dan ook nauwgezet in de gaten te houden. En nu blijkt dat er inderdaad waterstofchloride op de rode planeet te vinden is.

Waterstofchloride
Wat waterstofchloride precies is? Waterstofchloride of HCI, omvat een waterstof- en chlooratoom. Wetenschappers waren al lange tijd op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel, omdat dit mogelijk belangrijke indicatoren zijn voor vulkanische activiteit. Maar de aard van de waarnemingen van waterstofchloride – het feit dat het tegelijkertijd op verschillende locaties werd gedetecteerd en het gebrek aan andere gassen die in verband kunnen worden gebracht met vulkanische activiteit – wijst op een hele andere bron. Dat wil zeggen, de ontdekking suggereert een heel nieuwe interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer, aangedreven door stofseizoenen op Mars die nog niet eerder waren onderzocht.

Proces
In een proces dat sterk lijkt op dat op aarde, worden zouten in de vorm van natriumchloride – overblijfselen van verdampte oceanen en ingebed in het stoffige oppervlak van Mars – door de wind naar de atmosfeer getransporteerd. Zonlicht verwarmt de Martiaanse atmosfeer, waardoor stof, samen met waterdamp dat vrijkomt uit de ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met atmosferisch water waardoor er chloor vrijkomt, dat vervolgens reageert met moleculen die waterstof bevatten. En zo ontstaat er mogelijk waterstofchloride op de rode planeet.

Manier waarop waterstofchloride op Mars mogelijk ontstaat. Afbeelding: ESA

De ontdekking van dit nieuwe gas op Mars is natuurlijk een grote mijlpaal. Ook voor de Trace Gas Orbiter-missie. “Het is ongelofelijk lonend om te zien dat onze gevoelige instrumenten een nooit eerder gezien gas in de Martiaanse atmosfeer detecteren,” zegt onderzoeker Loeg Korablev. Daarnaast is dit de eerste nieuwe gasklasse die is ontdekt sinds de beweerde waarneming van methaan in 2004. “Dit gaf destijds aanleiding tot de zoektocht naar andere organische moleculen, wat uiteindelijk uitmondde in de ontwikkeling van de Trace Gas Orbiter-missie,” zegt onderzoeker Håkan Svedhem. “Het detecteren van nieuwe gassen werd een primair doel.”

Water
Naast de ontdekking van het nieuwe gas, verfijnt de Trace Gas Orbiter tevens ons begrip over hoe Mars eigenlijk van zijn water werd ontmanteld. Men veronderstelt namelijk dat er ooit rijkelijk vloeibaar water over het oppervlak van Mars stroomde, zoals blijkt uit de talloze voorbeelden van oude, opgedroogde valleien en rivierbeddingen. Tegenwoordig zit het water grotendeels opgesloten in de ijskappen en onder het oppervlak. Toch lekt er nog steeds water vanaf Mars de ruimte in, in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen. Met behulp van nieuwe metingen van de ExoMars Trace Gas Orbiter krijgen onderzoekers nu meer inzicht in dit proces. “De verhouding tussen deuterium en waterstof is onze chronometer,” legt onderzoeker Geronimo Villanueva uit. “Dit vertelt ons meer over de geschiedenis van water op Mars en hoe de rode planeet in de loop van de tijd water verloor.”

Variabiliteit
Metingen onthullen nu een dramatische variabiliteit in de verhouding tussen deuterium en waterstof. “Wat met name interessant is, is dat de gegevens aantonen dat als het water eenmaal volledig verdampt is, het meestal een hoge verrijking in halfzwaar water vertoont met een D/H-verhouding die zes keer zo hoog is als die van de aarde,” legt onderzoeker Giuliano Liuzzi uit. “Dit bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan.”

Eerder verzamelde gegevens lieten ook drie gevallen van versneld waterverlies in de atmosfeer zien: de wereldwijde stofstorm van 2018, een korte maar intense regionale storm in januari 2019, en het vrijkomen van water uit de zuidelijke poolijskap tijdens de zomermaanden, gekoppeld aan seizoenswisselingen. Bijzonder opmerkelijk is een pluim van opstijgende waterdamp tijdens de zomer op het zuidelijk halfrond, die mogelijk op seizoens- en jaarbasis de bovenste atmosfeer met water verrijkt.

Het laatste woord is hier nog niet over gezegd. Toekomstige waarnemingen met andere ruimtevaartuigen – waaronder NASA’s MAVEN die zich specifiek gaat richten op de bovenste atmosfeer – zullen aanvullende inzichten verschaffen in de evolutie van water gedurende het Marsjaar. Bovendien zullen uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe wereldwijde atmosferische simulaties van Mars nodig zijn om de op chloor gebaseerde interactie tussen het oppervlak en de Martiaanse atmosfeer beter te begrijpen. “De veranderende seizoenen op Mars – en in het bijzonder de relatief hete zomer op het zuidelijk halfrond – lijken de drijvende kracht te zijn achter onze nieuwe waarnemingen,” stelt Svedhem. Maar om dat hard te maken, zijn er meer observaties nodig. “De Trace Gas Orbiter-waarnemingen stellen ons in staat om de atmosfeer van Mars als nooit tevoren te verkennen,” besluit Svedhem.

Ondertussen…

…heeft de ExoMars Trace Gas Orbiter al meerdere mooie plaatjes van Mars afgeleverd, waar ook Marslander Insight op pronkt. Zien? Bekijk de foto’s hier!