français
ESA-Roscosmos’ ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) heeft voor het eerst een voor Mars ‘nieuw’ gas ontdekt. Zeezout dat in het stoffige oppervlak van Mars is ingebed en in de atmosfeer van de planeet is meegevoerd, heeft geleid tot de ontdekking van waterstofchloride.
Twee belangrijke drijfveren in Marsonderzoek zijn enerzijds de jacht op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit, en anderzijds het verkrijgen van inzicht in de vroegere en huidige watervoorraad op de planeet, om te bepalen of Mars ooit bewoonbaar kan zijn geweest en of er waterreservoirs toegankelijk kunnen zijn voor toekomstige menselijke exploratie. Nieuwe resultaten van het ExoMars-team, gepubliceerd in Science Advances, onthullen een geheel nieuwe klasse van chemie en geven meer inzicht in seizoensgebonden veranderingen en interacties tussen oppervlak en atmosfeer.
De Trace Gas Orbiter-missie verzamelt al sinds het voorjaar van 2018 atmosferische gegevens op Mars. Naast de zoektocht naar methaan is de detectie van nieuwe gassen een van de hoofddoelen van de missie. Het recentste onderzoek op Mars heeft nu voor het eerst geleid tot de ontdekking van een nieuw gas in de atmosfeer van Mars: waterstofchloride. Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars, en vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus om te begrijpen.
Waterstofchloridegas, of HCl, bestaat uit een waterstof- en een chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd al op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel omdat ze mogelijke indicatoren zijn van vulkanische activiteit. Maar de aard van de waarnemingen – het feit dat waterstofchloride op hetzelfde moment op zeer afgelegen plaatsen werd waargenomen, en het ontbreken van andere gassen die men bij vulkanische activiteit zou verwachten – wijst op een andere bron: de interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer van Mars , aangedreven door de stofseizoenen op Mars, die nog niet eerder was onderzocht.
In een proces dat veel gelijkenis vertoont met dat op aarde worden zouten in de vorm van natriumchloride (NaCl) – overblijfselen van de oceanen die verdampt zijn en gevangen zitten in het stoffige oppervlak van Mars – door de winden in de atmosfeer gebracht. Zonlicht verwarmt de atmosfeer waardoor het stof, samen met de waterdamp (H2O) die vrijkomt uit de ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met het water in de atmosfeer waarbij chloor vrijkomt, dat op zijn beurt weer reageert met waterstofmoleculen en waterstofchloride vormt. Door verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof kunnen terugkeren naar het oppervlak, misschien in de vorm van perchloraten, een zoutsoort die bestaat uit zuurstof en chloor.
Water blijkt een cruciaal element te zijn in deze chemie: je hebt waterdamp nodig om chloor vrij te maken en je hebt de bijproducten van water – waterstof – nodig om waterstofchloride te vormen. Maar ook het stof speelt een heel belangrijke rol: er wordt meer waterstofchloride waargenomen wanneer de stofactiviteit toeneemt, een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden opwarming van het zuidelijk halfrond.
Het team nam het gas voor het eerst waar tijdens de globale stofstorm in 2018, waarbij het gelijktijdig op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond verscheen, en was getuige van de verrassend snelle verdwijning ervan weer aan het einde van de seizoensgebonden stofperiode. Wetenschappers hebben inmiddels de gegevens van het volgende stofseizoen bekeken en zien de HCl stijgen.
Uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe globale atmosferische simulaties zullen nodig zijn om de op chloor gebaseerde interactie tussen oppervlak en atmosfeer beter te begrijpen, samen met voortgezette waarnemingen op Mars om te bevestigen dat de stijging en daling van HCl wordt aangedreven door de zomer op het zuidelijk halfrond.
Behalve nieuwe gassen levert de Trace Gas Orbiter ook een beter inzicht in de manier waarop Mars zijn water verloor – een proces dat eveneens verband houdt met seizoensgebonden veranderingen.
Ooit zou vloeibaar water over het oppervlak van Mars hebben gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude opgedroogde valleien en rivierbeddingen. Vandaag zit het meestal opgesloten in de ijskappen of onder het Marsoppervlak. Mars lekt ook vandaag nog water in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.
Inzicht in het samenspel van potentiële waterhoudende reservoirs en hun gedrag op seizoens- en lange termijn is essentieel om de evolutie van het klimaat van Mars te begrijpen. Daarvooris het noodzakelijk de verhouding te bestuderen van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarbij één waterstofatoom is vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron). De deuterium-over-waterstof-verhouding, D/H, vertelt ons iets over de geschiedenis van het water op Mars, en hoe het waterverlies in de loop der tijd is geëvolueerd.
“Met de Trace Gas Orbiter kunnen we het pad van de waterisotopologiën volgen terwijl ze opstijgen in de atmosfeer met een niveau van detail dat niet eerder mogelijk was”, zegt Ann Carine Vandaele van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, hoofdonderzoeker van het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD)instrument dat voor het onderzoek werd gebruikt. Eerdere metingen gaven alleen het gemiddelde over de hele atmosfeer. Het is alsof we vroeger alleen een 2D-beeld hadden, nu kunnen we de atmosfeer in 3D verkennen.”