Elektryczna poświata nad pustkowiami
Warunki panujące na Marsie, takie jak cienka atmosfera i suchy, pylisty grunt, stanowią idealny inkubator dla zjawisk elektrostatycznych. Podczas gdy na Ziemi do wytworzenia błyskawicy potrzebna jest potężna chmura burzowa, na Marsie wystarczy unosząca się chmura pyłu lub wirująca trąba. Niższe ciśnienie atmosferyczne ułatwia powstawanie wyładowań, które mogą przybierać formę słabych, widmowych poświat, nieco przypominających ziemskie zorze.
Czytaj też: Odkrycia dekady? Badał tajemnice Księżyca i Marsa, a teraz NASA skierowała go ku Ziemi
Alian Wang z Washington University w St. Louis od lat bada te procesy. Jej zespół wykorzystuje specjalistyczne komory laboratoryjne, które odtwarzają ekstremalne warunki marsjańskie. Dzięki nim udało się zaobserwować, jakie związki chemiczne powstają pod wpływem iskier generowanych przez przemieszczający się pył. Na liście produktów znalazły się m.in. lotne związki chloru, aktywne formy tlenu oraz nadchlorany, czyli substancje dobrze znane z pomiarów łazików na miejscu.
Izotopowy dowód w sprawie
Przełom w badaniach przyniosła analiza izotopów, a więc odmian pierwiastków różniących się masą. Zespół Wang zbadał skład izotopowy chloru, tlenu i węgla w związkach powstałych podczas symulowanych wyładowań. Odkryto wyraźny wzór: znaczący ubytek cięższych izotopów. Ta chemiczna „sygnatura” ma kluczowe znaczenie, bo takie zmiany mogą być spowodowane tylko przez dominujący proces w danym środowisku.
Ponieważ izotopy są mniejszymi składnikami materiałów, stosunki izotopowe mogą być zmieniane jedynie przez główny proces w systemie. Dlatego znaczne zubożenie ciężkich izotopów trzech mobilnych pierwiastków jest niepodważalnym dowodem potwierdzającym znaczenie elektrochemii wywołanej pyłem w kształtowaniu współczesnego systemu powierzchniowo-atmosferycznego Marsa – wyjaśnia Wang
Te laboratoryjne odkrycia doskonale tłumaczą pomiary z samego Marsa. Łazik Curiosity zarejestrował na powierzchni planety skrajnie niski poziom ciężkiego izotopu chloru (delta-37-Cl na poziomie -51‰). Zdaniem naukowców jest to bezpośredni skutek trylionów wyładowań, które przez ostatnie 3 miliardy lat nieprzerwanie przepracowywały skład chemiczny planety. Model przedstawiony przez zespół pokazuje globalny cykl chloru, w którym produkty tych elektrycznych reakcji są unoszone do atmosfery, by później opaść z powrotem na grunt. Jak podsumowuje Kun Wang, współautor badania, sygnatury izotopowe są jak odciski palców, których można używać do śledzenia procesów wpływających na cykl chloru na Marsie.
Perseverance usłyszał iskry
Niemal w tym samym czasie teoria znalazła potwierdzenie w bezpośrednich obserwacjach. Łazik Perseverance zarejestrował 55 oddzielnych wyładowań elektrycznych podczas przejścia trąb pyłowych i konwekcyjnych frontów burz piaskowych. To pierwszy namacalny dowód, że „elektryczny Mars” to nie tylko symulacja komputerowa, lecz rzeczywistość, którą można usłyszeć i zmierzyć. Zgodność między danymi z laboratorium Wang a pomiarami z łazików jest uderzająca. Rodzaje i ilości związków chemicznych oraz ich charakterystyczne sygnatury izotopowe idealnie do siebie pasują. To mocny argument, iż elektrochemia napędzana przez tarcie pyłu jest fundamentalnym procesem kształtującym współczesną geochemię planety.
Czytaj też: Pięć lat badań ujawniło obcy ekosystem tuż pod nami. Głębiny oceanu skrywają większą tajemnicę niż Mars
Odkrycia dotyczące Marsa mogą mieć znacznie szersze implikacje. Podobne zjawiska ładowania triboelektrycznego (czyli przez tarcie) mogą zachodzić w innych suchych, pyłowych środowiskach Układu Słonecznego. Mowa tu o Wenus, Księżycu czy nawet o księżycu Saturna, czyli Tytanie, gdzie zamiast piasku unoszą się ziarna zamrożonych węglowodorów. W ogólnym rozrachunku praca Wang wyraźnie pokazuje różnicę między Ziemią a Marsem. U nas głównym reżyserem chemii powierzchni jest woda i biologia. Na Czerwonej Planecie tę rolę przejęła elektryczność generowana przez bezustannie przemieszczający się pył.