Mars nije mrtva pustinja kakvu često zamišljamo. Planeta s tankom atmosferom i prašinjavom površinom zapravo je električno nabijena sredina gdje prašinske oluje i vrtlozi neprestano preoblikuju krajolik i pokreću dinamičke procese koji fasciniraju znanstvenike.
Planetarna znanstvenica Alian Wang istražuje električne aktivnosti marsovske prašine kroz niz radova. Njezino najnovije istraživanje, objavljeno u časopisu Earth and Planetary Science Letters, bavi se izotopskim geokemijskim posljedicama tih aktivnosti.
Kada se prašinske oluje na Marsu elektrificirane, nastaju elektrostatska pražnjenja dovoljno snažna da razgrade tanku atmosferu planeta. Zrna prašine koja se trljaju jedni o druge stvaraju električni potencijal koji uzrokuje elektrostatska pražnjenja. Ta pražnjenja, koja su na Marsu češća zbog niskog atmosferskog tlaka, manifestiraju se kao suptilni sjaj sličan polarnoj svjetlosti na Zemlji i pokreću različite elektrokemijske procese.
Wang, profesorica znanosti o Zemlji, okolišu i planetima na Sveučilištu Washington u St. Louisu i članica McDonnell centra za svemirske znanosti, istražuje električni svijet marsovske prašine i otkriva kako te elektrokemijske reakcije stvaraju različite oksidirane kemikalije.
Njezin tim izgradio je dvije planetarne simulacijske komore, PEACh (Planetary Environment and Analysis Chamber) i SCHILGAR (Simulation Chamber with InLine Gas AnalyzeR), kako bi otkrio fascinantan niz produkata reakcija. Među njima su hlapljive vrste klora, aktivirani oksidi, karbonati u zraku i perklorati. Te kemikalije igraju transformativnu ulogu u geokemijskoj dinamici Marsa.
U prethodnoj studiji Wang i njezin tim otkrili su ključnu ulogu elektrostatskih pražnjenja uzrokovanih prašinom u ciklusu klora na Marsu. Površina Marsa prekrivena je naslagama klorida, ostacima drevnih slanih voda.
Tim je koristio marsovsku simulacijsku komoru kako bi izmjerio nastale produkte reakcija. Rezultati pokazuju da aktivnosti prašine na Marsu tijekom vrućeg i suhog amazonskog razdoblja mogu stvoriti karbonate, perklorate i hlapljivi klor. Te kemikalije odgovaraju onome što su nedavno detektirali marsovski orbiteri, roveri i landeri.
Izotopski potpisi marsovske prašine
Wangin tim, koji je uključivao članove sa šest sveučilišta u Sjedinjenim Državama, Kini i Ujedinjenom Kraljevstvu, analizirao je izotopski sastav klora, kisika i ugljika u produktima elektrostatskih pražnjenja. Otkrili su značajno i koherentno smanjenje teških izotopa.
“Budući da su izotopi sporedni sastojci u materijalima, izotopski omjeri mogu biti pod utjecajem samo GLAVNOG procesa u sustavu. Stoga je značajno smanjenje teških izotopa triju mobilnih elemenata definitivni dokaz koji potvrđuje važnost elektrokemije uzrokovane prašinom u oblikovanju suvremenog sustava površine i atmosfere Marsa”, kaže Wang.
Svako izotopsko mjerenje, zajedno s prethodnim kvantifikacijama, djeluje kao dio veće slagalice. Ovaj sveobuhvatni pogled sugerira da je elektrokemija uzrokovana marsovskim aktivnostima prašine oblikovala kemijski krajolik planeta. Ti nalazi pojačavaju hipotezu da su aktivnosti marsovske prašine odigrale ključnu ulogu u oblikovanju suvremene geokemije površine i atmosfere.
Izotopska studija dovela je do konceptualnog modela suvremenog globalnog ciklusa klora na Marsu i karbonata u atmosferi. Model pokazuje interakciju između elektrokemijskih procesa i sekundarnih minerala na površini planeta i u njegovoj atmosferi. Teški izotopi tri mobilna elementa smanjuju se u produktima elektrostatskih pražnjenja uzrokovanih prašinom, prenose se u atmosferu, a zatim se ponovno talože na površinu. Dio prodire u podzemlje gdje formira sljedeću generaciju površinskih minerala.
Kontinuirana elektrokemija pokretana prašinom tijekom takozvanog “amazonskog razdoblja” postupno je smanjivala izotop 37Cl. NASA-in rover Curiosity detektirao je iznimno nizak udio težeg izotopa klora, što potvrđuje da ovaj proces traje milijunima godina.
“Alianin rad je iznimno važan. Ovo je prva eksperimentalna studija koja pokazuje kako elektrostatska pražnjenja utječu na izotope u marsovskoj okolini. Izotopski potpisi funkcioniraju kao otisci prstiju i omogućuju nam da pratimo procese koji su oblikovali ciklus klora na Marsu”, ističe Kun Wang, izvanredni profesor znanosti o Zemlji, okolišu i planetima na Sveučilištu Washington.
“Eksperimenti nisu proizveli iznimno lake izotopske potpise klora koje su izmjerili marsovski roveri, ali jasno pokazuju da elektrostatska pražnjenja pokreću izotopsku frakcionaciju klora u pravom smjeru. Ovaj rad je važan korak prema razumijevanju podrijetla tih neobično lakih potpisa klora i formiranja minerala perklorata na marsovskoj površini. Također pokazuje koliko se Mars razlikuje od Zemlje, s potpuno drugačijim atmosferskim i površinskim procesima koji kontroliraju kemijske reakcije.”
Novi horizonti u planetarnoj znanosti
Wangina najnovija studija dolazi u trenutku kada je NASA-in rover Perseverance zabilježio 55 elektrostatskih pražnjenja na Marsu. Rover ih je detektirao tijekom dva prašinska vrtloga i dviju prašinskih oluja. Rezultati su objavljeni u časopisu Nature, a u radu su citirane Wangine prethodne studije o kemijskim posljedicama elektrostatskih pražnjenja. To potvrđuje njezin status vodećeg stručnjaka za električno okruženje Marsa.
Ono što je Wang otkrila o perkloratima, amorfnim solima, karbonatima u atmosferi i hlapljivim vrstama klora podudara se s opažanjima marsovskih misija. To je uvjerljiv dokaz da elektrokemija pokretana prašinom oblikuje amazonski Mars.
Njezino istraživanje ima značenje i izvan Marsa. Slični elektrokemijski procesi mogli bi se odvijati na Veneri, Mjesecu i vanjskim planetima. Elektrokemija pokretana prašinom na Marsu, munjama na Veneri ili energetskim elektronima na Mjesecu i vanjskim planetima mogla bi biti ključni faktor u planetarnim procesima diljem Sunčevog sustava.
“Ovo istraživanje otkriva važan aspekt suvremenog Marsa: kako atmosfera i površina međusobno djeluju. Ali nam također govori kako je kemija površine nastala, što je vrijedna lekcija za druge svjetove gdje se može dogoditi triboelektrično punjenje, uključujući Veneru i Titan”, kaže Paul Byrne, izvanredni profesor znanosti o Zemlji, okolišu i planetima na Sveučilištu Washington.
Wangino istraživanje mijenja način na koji razumijemo Mars. Pokazuje koliko je prašina važna u oblikovanju kemije planeta. Njezini doprinosi guraju planetarnu znanost naprijed i pružaju temelje za razumijevanje dinamičkih sila koje djeluju na Marsu i drugim tijelima u Sunčevom sustavu. Dok nastavljamo istraživati, njezina otkrića inspiriraju buduće misije koje će otkriti tajne drugih svjetova.
Mars još uvijek krije mnoge tajne. Nova istraživanja nas približavaju razumijevanju našeg planetarnog susjeda, njegove povijesti i mogućnosti da je nekada podržavao život.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
