Ke Mana Perginya Semua Air di Marikh? Gambarnya Semakin Jelas

(SeaPRwire) –   Marikh adalah tempat misteri. Adakah ia pernah — atau adakah ia sekarang — menjadi tempat tinggal hidupan? Mengapa ia kehilangan medan magnetnya, membenarkan angin suria mengikis atmosfera yang pernah melimpah ruah? Dan kemudian ada teka-teki air Marikh yang hilang. Seperti yang dibuktikan oleh dasar sungai, delta, dan lembangan lautan, Planet Merah pernah dibanjiri dengan air — sehingga tiga bilion tahun yang lalu, ketika ia mula berubah menjadi dunia padang pasir seperti yang kita lihat hari ini. Dua teori utama berlaku untuk ke mana semua air itu pergi: ia sama ada mundur ke dalam tanah atau menyublim ke angkasa. Kini, sepasang kertas — satu yang dikeluarkan pada bulan Ogos dan satu lagi pada 5 September — menunjukkan bahawa jawapannya adalah kedua-duanya.

The , yang diterbitkan dalam , bergantung pada data dari , yang mendarat di Marikh pada tahun 2018 dan beroperasi sehingga 2022. InSight dilengkapi dengan seismograf yang mengukur berbilang gempa Marikh dalam empat tahun kapal itu beroperasi. Ia ditentukan oleh kekerapan getaran bahawa tenaga bergerak melalui permukaan bawah yang lembap, satu yang mengandungi air yang cukup untuk meliputi keseluruhan Marikh dalam lautan sedalam satu batu. Jadi kes selesai, kan? Tidak begitu cepat.

The , yang diterbitkan dalam Science Advances, bergantung pada data dari dua kapal angkasa NASA yang lain — , yang telah beroperasi di orbit Bumi sejak tahun 1990, dan , yang telah mengorbit Marikh sejak tahun 2014. Bersama-sama, kapal-kapal itu mengumpulkan data tentang atmosfera Marikh sejak sedekad untuk MAVEN dan 33 tahun untuk Hubble. Apa yang mereka berdua perhatikan ialah pelepasan hidrogen ke angkasa — khususnya dua jenis hidrogen: hidrogen biasa, dengan satu proton dalam nukleusnya, dan hidrogen yang lebih berat, dikenali sebagai , dengan satu proton dan satu neutron dalam nukleusnya. Kedua-dua jenis atom wujud di Marikh dan di Bumi, dan kedua-duanya boleh terikat dalam molekul air, dengan atom oksigen tunggal dan dua atom hidrogennya.

Di atmosfera Marikh, molekul air dipecahkan menjadi atom penyusunnya oleh tenaga ultraungu yang mengalir masuk dari matahari. Walaupun kebanyakan atom oksigen yang berat kekal di atmosfera planet, perkara yang sama tidak berlaku untuk hidrogen. Kedua-dua hidrogen biasa dan deuterium lebih ringan, dan boleh dengan mudah keluar ke angkasa — tetapi tidak sama: deuterium lebih sukar untuk melepaskan ikatan graviti Marikh kerana zarah tambahan dalam nukleusnya; hidrogen ringan mengalir terus keluar. Kajian baru, yang diketuai oleh , profesor emeritus astronomi di Pusat Fizik Angkasa Universiti Boston, menggunakan pemerhatian MAVEN dan Hubble untuk mengesan pelepasan kedua-dua jenis atom hidrogen. Ini kemudiannya membolehkan penulis untuk menganggarkan berapa banyak air yang pernah meliputi planet ini dan berapa banyak daripadanya dapat dipertanggungjawabkan oleh kehilangan ke angkasa. 

Tetapi kerja itu melibatkan lebih daripada sekadar mengekstrapolasikan data itu kembali selama tiga bilion tahun yang diperlukan untuk Marikh kering. Itu kerana orbit Marikh adalah sesuatu yang tidak teratur.

Bumi mengorbit matahari dalam bulatan yang sedikit tidak sekata, mengekalkan jarak purata 93 juta batu. Orbit Marikh jauh lebih elips — dengan aphelion, atau paling jauh dari matahari, sebanyak 155 juta batu dan perihelion, atau pendekatan terdekat, sebanyak 128 juta batu. Itu secara dramatik mengubah jumlah air di atmosfera sepanjang tahun dan, seterusnya, jumlah hidrogen bebas yang boleh keluar.

Pada aphelion, air mempunyai kelimpahan kurang daripada satu bahagian per juta di langit Marikh, berbanding lebih daripada 50 bahagian per juta pada perihelion. Itu, menurut data Hubble dan MAVEN, diterjemahkan kepada lima hingga 20 kali lebih banyak kehilangan air — dan kehilangan hidrogen — semasa pendekatan suria terdekat.

“Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, saintis telah mendapati bahawa Marikh mempunyai kitaran tahunan yang jauh lebih dinamik daripada yang dijangkakan oleh orang ramai,” kata Clarke dalam kenyataan yang menyertai penerbitan kajian itu. “Keseluruhan atmosfera sangat bergelora, memanas dan menyejuk dalam jangka masa pendek, malah hingga beberapa jam. Atmosfera mengembang dan mengecut apabila kecerahan matahari di Marikh berbeza-beza sebanyak 40% sepanjang tahun Marikh.”

Itu mempunyai akibatnya. Marikh dan Bumi bermula dengan nisbah deuterium kepada hidrogen yang sama dalam air mereka, tetapi selama zaman-zaman Marikh telah kering, kehilangan hidrogen ringan yang lebih besar ke angkasa telah mengubah nisbah itu. Marikh zaman moden mempunyai deuterium sehingga lapan kali lebih banyak berbanding dengan hidrogen ringan daripada Bumi — yang mengekalkan atmosferanya yang tebal dan dengan itu semua airnya.

Menjalankan nombor-nombor itu, Clarke dan penulis bersama menganggarkan bahawa daripada lapisan air sedalam satu batu yang mungkin pernah menjadi purata di seluruh Marikh, puluhan hingga ratusan meter mungkin telah terlepas ke angkasa. Itu masih meninggalkan majoriti air yang hilang terperangkap di bawah tanah atau terkunci dalam topi ais kutub, tetapi banyak yang hanyut juga. 

“Hanya ada dua tempat air boleh pergi,” kata Clarke. “Ia boleh membeku ke dalam tanah atau molekul air boleh pecah menjadi atom, dan atom boleh terlepas dari puncak atmosfera ke angkasa. Untuk memahami berapa banyak air yang ada dan apa yang berlaku padanya, kita perlu memahami bagaimana atom-atom itu terlepas ke angkasa.”