ExoMars ontdekt nieuw gas en spoort waterverlies op Mars op

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

ExoMars ontdekt nieuw gas en spoort waterverlies op Mars op

Bericht door univers » 11 feb 2021, 22:29

Zeezout ingebed in het stoffige oppervlak van Mars en verheven in de atmosfeer van de planeet heeft geleid tot de ontdekking van waterstofchloride - de eerste keer dat de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter een nieuw gas heeft gedetecteerd. Het ruimtevaartuig geeft ook nieuwe informatie over hoe Mars zijn water verliest.

Een belangrijke zoektocht bij de verkenning van Mars is het jagen op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit, evenals het begrijpen van de vroegere en huidige waterinventaris van de planeet, om te bepalen of Mars ooit bewoonbaar zou kunnen zijn geweest en of er waterreservoirs toegankelijk zouden kunnen zijn voor toekomstige menselijke verkenning. Twee nieuwe resultaten van het ExoMars-team, die vandaag in Science Advances zijn gepubliceerd, onthullen een geheel nieuwe klasse van chemie en bieden meer inzicht in seizoensveranderingen en interacties tussen de oppervlakte en de atmosfeer als drijvende krachten achter de nieuwe waarnemingen.

Een nieuwe chemie
“We hebben waterstofchloride voor het eerst ontdekt op Mars. Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars en vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus om te begrijpen ”, zegt Kevin Olsen van de Universiteit van Oxford, VK, een van de leidende wetenschappers van de ontdekking.

Waterstofchloridegas, of HCl, omvat een waterstof- en chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel, omdat dit mogelijke indicatoren zijn voor vulkanische activiteit. Maar de aard van de waterstofchloride-waarnemingen - het feit dat het tegelijkertijd op zeer verre locaties werd gedetecteerd en het gebrek aan andere gassen die verwacht zouden worden van vulkanische activiteit - wijst op een andere bron. Dat wil zeggen, de ontdekking suggereert een geheel nieuwe interactie tussen oppervlakte en atmosfeer, aangedreven door de stofseizoenen op Mars die nog niet eerder waren onderzocht.



In een proces dat erg 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 in de atmosfeer getild. Zonlicht verwarmt de atmosfeer waardoor stof, samen met waterdamp die vrijkomt uit ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met atmosferisch water om chloor vrij te maken, dat vervolgens reageert met moleculen die waterstof bevatten om waterstofchloride te creëren. Bij verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof naar de oppervlakte kunnen terugkeren, misschien als perchloraten, een klasse van zout gemaakt van zuurstof en chloor.

“Je hebt waterdamp nodig om chloor vrij te maken en je hebt de bijproducten van water - waterstof - nodig om waterstofchloride te vormen. Water is van cruciaal belang in deze chemie ”, zegt Kevin. "We zien ook een verband met stof: we zien meer waterstofchloride wanneer de stofactiviteit toeneemt , een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden opwarming van het zuidelijk halfrond."

Afbeelding
Deze afbeelding beschrijft een mogelijke nieuwe chemiecyclus op Mars na de ontdekking van waterstofchloride in de atmosfeer door de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter. Zouten in de vorm van natriumchloride (NaCl) - overblijfselen van verdampte oceanen en ingebed in het stoffige oppervlak van Mars - zijn wijdverspreid op het oppervlak van Mars. Winden tillen dit zoute stof in de atmosfeer. Zonlicht verwarmt de stoffige atmosfeer waardoor de waterdamp die vrijkomt uit ijskappen stijgt. Het zoute stof reageert met atmosferisch water om chloor (Cl) vrij te maken, dat vervolgens reageert met moleculen die waterstof (H) bevatten om waterstofchloride (HCl) te creëren. Een soortgelijk proces vindt plaats op aarde: zeezout wordt de lucht in geblazen, en als het zich mengt met waterdamp komt chloor beschikbaar voor chemische reacties die HCl vormen.

Bij verdere reacties zou het chloor of waterstofchloride-rijke stof naar het oppervlak van Mars kunnen terugkeren, misschien als perchloraten, een klasse van zout gemaakt van zuurstof en chloor. Er wordt waargenomen dat het HCl snel uit de atmosfeer verschijnt en verdwijnt, dus het moet snel worden aangemaakt en vernietigd, waarbij een fractie naar de oppervlakte wordt teruggevoerd.

De waarnemingen van ExoMars suggereren dat dit een jaarlijks proces kan zijn dat wordt aangedreven door de veranderende seizoenen, met name de opwarming van de ijskap op het zuidelijk halfrond tijdens de zuidelijke zomer, waardoor waterdamp in de atmosfeer terechtkomt. De extra warmte genereert ook sterke wind als de lucht van warme naar koele streken beweegt. De winden tillen op hun beurt meer stof op, wat regionale en mondiale stofstormen veroorzaakt.

De afbeelding is vereenvoudigd om in grote lijnen één mogelijke manier te laten zien waarop waterstofchloride wordt gegenereerd; er zijn waarschijnlijk extra routes voor de chemische reacties die ook een rol kunnen spelen, misschien met andere sporengassen die ExoMars nog niet heeft ontdekt.

Het team zag het gas voor het eerst tijdens de wereldwijde stofstorm in 2018 , observeerde het gelijktijdig op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond, en was getuige van de verrassend snelle verdwijning ervan aan het einde van de seizoensgebonden stoffige periode. Ze kijken al naar de gegevens die tijdens het volgende stofseizoen zijn verzameld en zien de HCl weer stijgen.

"Het is ongelooflijk lonend om te zien dat onze gevoelige instrumenten een nooit eerder gezien gas in de atmosfeer van Mars detecteren", zegt Oleg Korablev, hoofdonderzoeker van het Atmospheric Chemistry Suite-instrument dat de ontdekking deed. "Onze analyse verbindt de generatie en het verval van het waterstofchloridegas met het oppervlak van Mars."

Uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe wereldwijde atmosferische simulaties zijn nodig om de op chloor gebaseerde interactie tussen oppervlakte en atmosfeer beter te begrijpen, samen met voortdurende waarnemingen op Mars om te bevestigen dat de opkomst en ondergang van HCl wordt veroorzaakt door de zomer op het zuidelijk halfrond.

"De ontdekking van het eerste nieuwe spoorgas in de atmosfeer van Mars is een belangrijke mijlpaal voor de Trace Gas Orbiter-missie", zegt Håkan Svedhem, ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter-projectwetenschapper. “Dit is de eerste nieuwe gasklasse die is ontdekt sinds de beweerde waarneming van methaan door Mars Express van ESA in 2004, die aanleiding gaf tot de zoektocht naar andere organische moleculen en uiteindelijk culmineerde in de ontwikkeling van de Trace Gas Orbiter-missie, waarvoor het detecteren van nieuwe gassen een primair doel. "

Stijgende waterdamp bevat aanwijzingen voor klimaatevolutie
Naast nieuwe gassen verfijnt de Trace Gas Orbiter ons begrip van hoe Mars zijn water verloor - een proces dat ook verband houdt met seizoensveranderingen.

Men denkt dat ooit vloeibaar water over het oppervlak van Mars heeft gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude uitgedroogde valleien en rivierkanalen . Tegenwoordig is het grotendeels opgesloten in de ijskappen en ondergronds begraven. Mars lekt nog steeds water, in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.

Inzicht in het samenspel van potentiële watervoerende reservoirs en hun seizoensgebonden en langetermijngedrag is de sleutel tot het begrijpen van de evolutie van het klimaat op Mars. Dit kan door de studie van waterdamp en 'halfzwaar' water (waarbij één waterstofatoom wordt vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron).


Vloeibaar water stroomde ooit over het oppervlak van Mars. Tegenwoordig zit het grotendeels opgesloten in de ijskappen en ondergronds begraven, maar er treedt nog steeds waterverlies op. De ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter levert nieuwe gegevens om meer te weten te komen over waterverlies en dus de klimaatevolutie van de planeet. Het volgt het verticale pad van water door de atmosfeer en zijn veranderende isotopensamenstelling, een meeteenheid die wordt gebruikt om het waterverlies op Mars te schatten, en gedraagt ​​zich als een 'chronometer' van water. De nieuwe gegevens laten zien dat als water reist en stijgt naar koudere streken, het condenseert en dat de isotopische signatuur dramatisch verandert, wat de lokale waarde van de waterchronometer beïnvloedt. Maar wanneer water volledig is verdampt, vertoont het meestal een algemene isotopische verrijking en een D / H-verhouding die zes keer groter is dan die van de aarde in alle reservoirs op Mars,

“De verhouding tussen deuterium en waterstof, D / H, is onze chronometer - een krachtige meeteenheid die ons vertelt over de geschiedenis van water op Mars en hoe waterverlies zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld. Dankzij de ExoMars Trace Gas Orbiter kunnen we deze chronometer nu beter begrijpen en kalibreren en testen op mogelijke nieuwe waterreservoirs op Mars ”, zegt Geronimo Villanueva van NASA's Goddard Space Flight Center en hoofdauteur van het nieuwe resultaat.

“Met de Trace Gas Orbiter kunnen we het pad van de waterisotopologen bekijken terwijl ze opstijgen in de atmosfeer met een detailniveau dat voorheen niet mogelijk was. Eerdere metingen gaven alleen het gemiddelde over de diepte van de hele atmosfeer. Het is alsof we voorheen alleen een 2D-weergave hadden, nu kunnen we de atmosfeer in 3D verkennen ”, zegt Ann Carine Vandaele, hoofdonderzoeker van het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) -instrument dat voor dit onderzoek werd gebruikt.

Afbeelding
De ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter bestudeert waterdamp en zijn componenten terwijl deze door de atmosfeer en de ruimte in stijgt. Door specifiek te kijken naar de verhouding van waterstof tot zijn zwaardere tegenhanger deuterium, kan de evolutie van waterverlies in de loop van de tijd worden getraceerd.

De nieuwe metingen onthullen een dramatische variabiliteit in D / H met hoogte en seizoen terwijl het water stijgt vanaf zijn oorspronkelijke locatie. ”Interessant genoeg tonen de gegevens aan dat zodra water volledig is verdampt, het meestal een algemene grote verrijking vertoont in halfzwaar water, en een D / H-verhouding die zes keer groter is dan die van de aarde over alle reservoirs op Mars, wat bevestigt dat er in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan '', zegt Giuliano Liuzzi van de American University en NASA's Goddard Space Flight Center en een van de leidende wetenschappers van het onderzoek .

ExoMars-gegevens verzameld tussen april 2018 en april 2019 lieten ook drie gevallen zien die het waterverlies uit de atmosfeer versnelden: de wereldwijde stofstorm van 2018, een korte maar intense regionale storm in januari 2019 en het vrijkomen van water uit de zuidpoolijskap tijdens de zomermaanden. gekoppeld aan seizoenswisselingen. Bijzonder opmerkelijk is een pluim van stijgende waterdamp tijdens de zuidelijke zomer die mogelijk op seizoens- en jaarbasis water in de bovenste atmosfeer zou injecteren.

Toekomstige gecoördineerde waarnemingen met andere ruimtevaartuigen, waaronder NASA's MAVEN, dat zich richt op de bovenste atmosfeer, zullen aanvullende inzichten verschaffen in de evolutie van water gedurende het Marsjaar.

"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, zoals het toegenomen atmosferische waterverlies en de stofactiviteit die verband houdt met de detectie van waterstofchloride, die we zien. in de twee laatste onderzoeken ”, voegt Håkan toe. "Waarnemingen van Trace Gas Orbiter stellen ons in staat de atmosfeer van Mars als nooit tevoren te verkennen."

Afbeelding
De ExoMars Trace Gas Orbiter analyseert de atmosfeer van Mars met twee spectrometers: de Atmospheric Chemistry Suite (ACS) en de Nadir and Occultation for MArs Discovery , of NOMAD.

De afbeelding toont een eenvoudige weergave (niet op schaal) van de drie waarnemingsmodi die zullen worden gebruikt. In de nadir-modus (links) kijkt het ruimtevaartuig rechtstreeks naar het zonlicht dat wordt weerkaatst door het oppervlak en de atmosfeer van Mars. In ledemaatmodus (midden) kijkt het over de horizon van Mars naar emissie vanuit de atmosfeer. In de zonne-occultatiemodus (rechts) wijzen de instrumenten door de atmosfeer naar de zon en observeren ze hoe verschillende atmosferische ingrediënten het zonlicht van de zon absorberen.

Aangezien verschillende chemicaliën kenmerkende vingerafdrukken hebben, bieden deze waarnemingen een gedetailleerde inventaris van de samenstelling van de atmosfeer. Deze waarnemingen zijn van cruciaal belang om atmosferische gassen te detecteren die in kleine hoeveelheden voorkomen, maar die een belangrijke rol spelen bij het bepalen of Mars vandaag actief is - geologisch of biologisch gezien.

Merk op dat de oriëntatie van het ruimtevaartuig niet waar is: het wordt hier alleen ter illustratie getoond met het instrumentenpaneel naar de kijker gericht. ACS wordt weergegeven door de gele vierkante vorm aan de voorkant van de orbiter; NOMAD is de grijze doos ook aan de voorkant. Klik hier voor een gelabeld diagram.

https://www.esa.int/Science_Exploration ... ss_on_Mars
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie