Dekada 2015-2025 i Woda na Marsie. Gdzie Ukryta, Ile Jej Jest i Co To Oznacza?

Według badań z XX wieku, Mars miał być geologicznie martwy. Pustynia w skali planetarnej. Chociaż lądownik Phoenix w 2008 roku bezpośrednio potwierdził istnienie lodu wodnego tuż pod powierzchnią w rejonach polarnych – to ostatnia dekada (2015-2025) przyniosła fundamentalną zmianę paradygmatu w rozumieniu tej planety. Pytanie definiujące eksplorację Marsa, przestało brzmieć: „Czy na Marsie kiedykolwiek była woda?”. Nowe, znacznie bardziej złożone pytania, brzmią: „Gdzie dokładnie ta woda jest teraz? Ile jej jest? W jakiej formie – lodu, solanki, pary? I czy jest dostępna dla potencjalnego życia lub dla przyszłych eksploratorów?”.

Woda na Powierzchni – Wielka Nadzieja i Naukowa Weryfikacja

W 2015 roku NASA, bazując na wieloletnich obserwacjach z orbitera MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) ogłosiła, że zidentyfikowano dowody na sezonowe przepływy ciekłej, słonej wody na marsjańskich zboczach. Tajemnicze, ciemne smugi rejestrowano w ciepłych miesiącach i znikały zimą. Przełomem miało być wykrycie w nich sygnatur uwodnionych soli, głównie nadchloranów, co interpretowano jako płynące solanki.

Jednak historia byłą doskonałą ilustracją rygorystycznego procesu naukowego, a ten polega na ciągłej weryfikacji. W kolejnych latach (2017-2021), dalsze, znacznie bardziej szczegółowe analizy, przeprowadzone m.in. za pomocą potężnej kamery HiRISE (również na pokładzie MRO), podważyły tę hipotezę. Nowa, obecnie dominująca interpretacja zakłada, że RSL to najprawdopodobniej suche, przepływy – rodzaj małych lawin piaskowych i pyłowych. Skąd zatem wzięła się sygnatura „uwodnienia”? Wspomniane sole (nadchlorany) są niezwykle higroskopijne. Oznacza to, że absorbują śladowe ilości pary wodnej bezpośrednio z cienkiej marsjańskiej atmosfery. Właśnie to generowało sygnał chemiczny mylnie zinterpretowany jako przepływ. Wniosek: na powierzchni Marsa prawdopodobnie nie ma dziś płynących strumieni, a to, co obserwowaliśmy, jest raczej zjawiskiem atmosferycznym.

Prawdziwy Przełom – Podlodowe Jeziora na Biegunie Południowym

Podczas gdy naukowa debata na temat smug RSL ostudziła entuzjazm związany z wodą powierzchniową, prawdziwy przełom w kwestii płynnej wody na współczesnym Marsie nadszedł z zupełnie innego kierunku. W 2018 roku zespół naukowców, analizujący dane z europejskiej sondy Mars Express (ESA), ogłosił przełomowe odkrycie. Używając instrumentu MARSIS – radaru penetrującego grunt – zidentyfikowali potężny, stabilny obszar o wysokim współczynniku odbicia radarowego. Lokalizacja: około 1,5 kilometra pod grubą warstwą lodu i pyłu na biegunie południowym Marsa.

Interpretacja była jednoznaczna: to duży, stabilny zbiornik ciekłej wody. Odkrycie przez kolejne lata intensywnie weryfikowano. W latach 2020-2022, dalsze, bardziej zaawansowane analizy tych samych danych radarowych potwierdziły istnienie głównego „jeziora” o średnicy kilkudziesięciu kilometrów, ale także ujawniły całą sieć mniejszych „stawów” lub plam wody w jego otoczeniu.

Jak woda pozostaje płynna w -70°C?

Jak woda może pozostać płynna w temperaturze szacowanej na -70°C? Ogromne ciśnienie wywierane przez półtorakilometrową warstwę lodu obniża temperaturę zamarzania.

Woda musi być solanką. Sól to naturalny „środek przeciwzamarzający”.

Z perspektywy astrobiologicznej, to najważniejsze odkrycie dekady. Tworzy środowisko analogiczne do podlodowych jezior na Antarktydzie, jak Jezioro Wostok. W kompletnej ciemności i ekstremalnych warunkach ciśnienia i zasolenia odkryto aktywne ekosystemy mikrobiologiczne.

Dowody z Powierzchni: Długowieczne Jezioro Łazika Curiosity

Równolegle do badań orbitalnych, ostatnia dekada to czas niezwykle owocnej pracy łazików. Ugruntowały naszą wiedzę o „mokrej” przeszłości Marsa. Łazik Curiosity wylądował na Kraterze Gale w 2012 roku i spędził ostatnie dziesięć lat na metodycznej wspinaczce po zboczach Mount Sharp. Gigantyczna góra pośrodku krateru jest w istocie skompresowanym stosem osadów geologicznych.

Praca łazika dostarczyła ostatecznych, podręcznikowych dowodów na to, że Krater Gale był potężnym systemem jezior i rzek. Odkryto drobnoziarniste skały osadowe – mułowce i iłowce. Tego typu skały powstają niemal wyłącznie w jednym środowisku: na dnie spokojnego, stojącego zbiornika wodnego.

Co ważniejsze, Curiosity potwierdził obecność wody i zbadał jej charakter. Potwierdził, że w przeszłości Mars posiadał środowisko nadające się do życia. Woda w Kraterze Gale była najprawdopodobniej słodka lub lekko zasolona, a łazik wykrył w skałach wszystkie kluczowe pierwiastki chemiczne niezbędne dla życia (węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor, siarkę) oraz potencjalne źródła energii dla mikrobów.

Dowody z Powierzchni: Delta Rzeki i Misja Perseverance

Misja łazika Perseverance jest bezpośrednią i logiczną kontynuacją odkryć Curiosity. Podczas gdy Curiosity odpowiedział na pytanie „Czy Mars był kiedyś zdatny do życia?”, misja Perseverance ma na celu odpowiedzieć na pytanie „Czy to życie faktycznie tam istniało?”.

Wybór miejsca lądowania nie był przypadkowy – Krater Jezero to idealnie zachowana, skamieniała delta rzeczna. Miejsce, gdzie potężna rzeka wpadała niegdyś do jeziora o średnicy dziesiątek kilometrów. Na Ziemi, delty rzeczne (jak delta Nilu) są jednymi z najbogatszych ekosystemów. Doskonale koncentrują i akumulują materię organiczną oraz potencjalne ślady życia.

Łazik Perseverance, wyposażony w zaawansowane instrumenty analityczne PIXL i SHERLOC, spędził ostatnie lata na badaniu skał delty. Potwierdził ponad wszelką wątpliwość, że to skały osadowe, uformowane przez płynącą i stojącą wodę. Co jednak najważniejsze, w wielu badanych próbkach Perseverance odkrył złożone związki organiczne. Związki nie są ostatecznym dowodem na życie, ponieważ mogą powstawać w procesach czysto geologicznych. Są jednak fundamentalnym budulcem życia, jakie znamy, a ich obecność w środowisk jest niezwykle obiecującą poszlaką. Łazik głównie zbiera i hermetycznie zapieczętuje kilkadziesiąt próbek najbardziej obiecujących skał. Próbki czekają, by w ramach przyszłej, skomplikowanej misji Mars Sample Return były sprowadzone na Ziemię. Dopiero analiza w najbardziej zaawansowanych laboratoriach da nam ostateczną odpowiedź na pytanie o marsjańskie życie.

Gdzie Zniknęła Woda? Nowa Teoria „Marsjańskiej Gąbki”

Skoro łaziki dowiodły, że na Marsie istniały niegdyś potężne jeziora, a może nawet oceany, co stało się z całą wodą? Klasyczna teoria zakładała, że większość uciekła w kosmos. Mars po utracie swojego pola magnetycznego został bezbronny wobec wiatru słonecznego.

Jednak najnowsze badania i modele geochemiczne, opublikowane w latach 2017-2021, wprowadzają korektę. Analizy wskazują, że ucieczka w kosmos nie jest w stanie wyjaśnić utraty tak ogromnej ilości wody. Nowa teoria sugeruje, że większość (szacunki mówią o 40% do nawet 90%) dawnej marsjańskiej wody wcale nie uciekła, a została uwięziona w skorupie planety.

Stara teoria:

• Woda uciekła w kosmos po utracie pola magnetycznego i atmosfery.

Nowa teoria („Marsjańska Gąbka”):

• Woda chemicznie wchłonięta przez skorupę planety. Wchodziła w intensywne reakcje chemiczne z bogatymi w żelazo skałami wulkanicznymi (bazaltami). W wyniku tych reakcji powstały nowe minerały uwodnione – przede wszystkim minerały ilaste, siarczany i gips.

Lód Tuż pod Stopami – Zasoby dla Kolonizacji

Odkrycie jezior fascynuje naukowców. Ale z perspektywy przyszłych misji załogowych, najważniejsze odkrycia ostatniej dekady dotyczą lodu. Dane zebrane przez radar SHARAD (orbiter MRO) pomogły stworzyć rewelacyjne, trójwymiarowe mapy zasobów podpowierzchniowych. Poza gigantycznymi czapami polarnymi, na Marsie istnieją ogromne złoża niemal czystego lodu wodnego.

Nie znajdują się jednak wyłącznie na mroźnych i niegościnnych biegunach, ale są ukryte zaledwie kilka metrów pod warstwą pyłu w średnich szerokościach geograficznych. To w istocie potężne, pokryte pyłem lodowce. Pozostałość po dawnych epokach lodowcowych.

Z perspektywy planowania kolonizacji, to absolutny przełom. Przyszłe misje załogowe nie będą musiały lądować w ekstremalnie trudnych warunkach polarnych. Wybiorą znacznie „przyjaźniejszy” klimatycznie i bogatszy w światło słoneczne rejon, i za pomocą stosunkowo prostych koparek, „dokopią się” do niewyczerpanych zasobów lodu. Samowystarczalna baza na Marsie będzie logistycznie i ekonomicznie wykonalna.

Lód jako Stacja Benzynowa i Źródło Życia

• Woda (H₂O): Po stopieniu będzie wodą pitną oraz zasobem dla rolnictwa (uprawy szklarniowe).
• Tlen (O₂): Uzyskany w procesie elektrolizy, niezbędny do oddychania dla załogi.
• Paliwo Rakietowe: Elektroliza rozbija wodę na tlen (O₂) i wodór (H₂), które są kluczowymi składnikami paliwa rakietowego.

Współczesny Mars to także dynamiczny system atmosferyczny. Woda, choć w śladowych ilościach, odgrywa ważną rolę. Tutaj zasługi ma misja ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), projekt Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) dotarł na orbitę Marsa w 2016 roku. TGO mapuje atmosferę Marsa z niespotykaną dotąd precyzją. Dane te pomagają zrozumieć, jak woda sezonowo przemieszcza się między biegunami (gdzie lód sublimuje latem) a resztą atmosfery, jak wysoko para wodna unosi się w atmosferze i – co kluczowe – jak wciąż, choć powoli, ucieka w kosmos w wyniku fotodysocjacji (rozpadu cząsteczek wody przez promieniowanie UV).

Nowy Obraz Marsa – Synteza Dekady 2015-2025

Ostatnie dziesięć lat badań przyniosło rewolucję w postrzeganiu Czerwonej Planety. Nowy obraz Marsa jest niezwykle złożony.

• Dzięki Curiosity wiemy, że był „mokry” w sposób umożliwiający życie i trwało to przez miliony lat.
• Perseverance dowiódł, że w deltach rzecznych zachowały się złożone związki organiczne.
• Dzięki nowym modelom geochemicznym rozumiemy, że większość tej wody nie uciekła, lecz została „wchłonięta” przez skorupę.
• Jednocześnie, dzięki radarom wiemy, że woda nie zniknęła całkowicie. Wciąż istnieje w ogromnych ilościach: jako gigantyczne, łatwo dostępne lodowce ukryte tuż pod powierzchnią (klucz dla ISRU) oraz ekscytujące jeziora głęboko pod czapami polarnymi.

To już nie jest martwy, suchy świat. To świat uśpiony, ale wciąż dynamiczny, aktywny geologicznie i hydrologicznie, w skałach i lodowcach przechowuje tajemnicę przeszłego życia i zasoby dla naszej przyszłości.

Źródła – Gdzie Szukać Dalej?

• NASA (mars.nasa.gov): Oficjalne portale programu marsjańskiego NASA. Codzienne źródło informacji o statusie, odkryciach i zdjęciach z misji.
• ESA (esa.int): Strona Europejskiej Agencji Kosmicznej, w szczególności sekcje dedykowane misjom Mars Express (dla odkryć radaru MARSIS) oraz ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) (dla badań atmosfery).
• Źródła Naukowe (dla ambitnych): Oryginalne, recenzowane publikacje naukowe, w których te odkrycia są ogłaszane po raz pierwszy. Wiodące czasopisma w tej dziedzinie to Nature (w tym Nature Geoscience/Astronomy), Science oraz Geophysical Research Letters (GRL).
• Wiedza o wodzie i filtrowaniu: https://dafi.pl/blog/

Ostatnia dekada dała nam coś na kształt „mapy skarbów”. Dzięki zaawansowanym radarom i niestrudzonym łazikom wiemy już, gdzie na Marsie szukać lodu, płynnej wody i najlepiej zachowanych śladów życia. Misją następnej dekady będzie sprowadzenie tego „skarbu” – precyzyjnie wybranych próbek skał – z powrotem na Ziemię.