Teplota Marsu v minulosti

Vědci z California Institute of Technology (Caltech) poprvé přímo určili povrchovou teplotu Marsu v dávných dobách. Dokázali tak, že Mars byl v minulosti teplejší a vlhčí. Analýzou uhličitanových minerálů ve 4 miliadry let starém meteoritu pocházejícím z povrchu Marsu zjistili, že teplota v době, ve které se tyto minerály tvořily, musela být asi 18 °C. Objev byl publikován 3. října 2011 v Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Znalost teploty Marsu je zásadní, chceme-li porozumět historii této planety — klimatu, které na ní v minulosti panovalo, a tomu, zda na ní existovala voda v kapalném skupenství. Sondy na oběžné dráze kolem Marsu a povrchová vozítka (rovery) našly pozůstatky po dávných deltách, řekách, jezerech a minerály svědčící o tom, že na Marsu tekutá voda existovala. Protože Mars má dne s průměrnou teplotu −63 °C, musel být v minulosti mnohem teplejší. Tyto poznatky jsou známé již delší dobu, ale teprve nyní máme v rukou precizní data, ze kterých plyne, že na Marsu muselo existovat pozemské klima přinejmenším po dobu vzniku materiálu, tvořícího analyzovaný meteorit. Tímto meteoritem je nejstarší známý kámen na světě: ALH84001, meteorit z Marsu objevený v roce 1984 v Allan Hills v Antarktidě. Meteorit začal vznikat desítky metrů pod povrchem Marsu a dostal se mimo Mars dopadem jiného meteoritu na povrch Marsu. Část horniny vymrštěná dopadem původního meteoritu získala únikovou rychlost a dostala se do meziplanetárního prostoru. Meteorit ALH84001 se časem dostal na nestabilní dráhu přibližující se k Zemi, až nakonec na Zem spadl. Naštěstí byl dlouho konzervován ve stabilních podmínkách Antarktidy. V roce 1996 vzrušila světovou veřejnost zpráva, že v meteoritu byly objeveny struktury připomínající fosilizované baktérie. Živý původ těchto struktur se však nepotvrdil, a jak tyto struktury vznikly, zůstává dodnes záhadou.

Je mimořádně obtížné rozklíčovat procesy, kterými vznikly uhličitanové minerály. Hypotéz existuje několik: někteří vědci se domnívají, že vznikly krystalizací při tuhnutí magmatu, jiní se přiklánějí k chemickým reakcím při hydrotermálních procesech, další zase k solným roztokům. Všechny tyto hypotézy však vyžadují jednu důležitou podmínku: teplotu přes 700 °C na začátku procesu a posléze chladnutí.

Nalezení teploty nezávislým způsobem by pomohlo upřesnit způsob, jakým uhličitany vznikly. Vědci použili shlukovou izotopovou termometrii (clumped-isotope thermometry), metodu vyvinutou Johnem M. Eilerem a jeho kolegy. Tato metoda se používá v mnoha aplikacích včetně měření tělesné teploty dinosaurů a určování klimatické historie Země. V tomto případě měřili vědci koncentraci vzácných izotopů kyslíku (¹⁸O) a uhlíku (¹³C) ve vzorcích uhličitanů. Uhličitan je tvořen uhlíkem a kyslíkem a při jeho tvorbě se tyto dva izotopy vážou vzájemně k sobě – shlukují se, jak to nazývá Eiler. Čím nižší je teplota, tím více se atomy těchto izotopů shlukují. Ve výsledku lze určením množství vzájemně na sebe navázaných izotopů ¹⁸O a ¹³C změřit teplotu.

Teplota, kterou vědci změřili, — 18 +/- 4 °C — vyloučila mnoho hypotéz o formování uhličitanů. Jednak mírná teplota znamená, že uhličitan se musí tvořit v tekuté vodě. Nová data také naznačují scénář, kterým minerály vznikaly. Minerály vznikaly tak, že vyplňovaly tenké póry a dutiny v hornině pod povrchem planety. Jak se voda vypařovala, ze skály unikal kysličník uhličitý a uhličitan rozpuštěný ve zbylé vodě se stával koncentrovanějším. Minerály se potom slučovaly s uhličitanovými ionty za vzniku uhličitanů, které v hornině zůstávaly, zatímco voda se vypařovala.

Mohl by toto vlhké a teplé prostředí obývat život? Je pravděpodobnější, že ne, říkají vědci. Tyto podmínky neexistovaly dostaečně dlouho na to, aby v něm život mohl vzniknout nebo se vyvíjet — trvalo to jen hodiny nebo dny, než voda vyschla. Tak jako tak tyto výsledky dokládají jen to, že Zemi podobné prostředí kdysi existovalo možná jen v dílčí oblasti na Marsu a po krátkou dobu. Co tento objev znamená pro geologii celého Marsu — jestli tento kus kamene je reprezentativní vzorek marsovské historie nebo jen izolovaný artefakt — je otevřená otázka.

Výzkum je popsán v článku „Carbonates in the Martian meteorite Allan Hills 84001 formed at 18 +/- 4 °C in a near-surface aqueous environment,“ v PNAS a vznikl za podpory Texaco Postdoctoral Fellowship, NASA, a National Science Foundation. elektronická verze článku je dostupná na http://www.pnas.org/content/early/2011/09/26/1109444108.abstract.