Nieuwe studie kijkt nauwkeuriger naar de ondergrondse watersignalen van Mars

Een nieuw studie vindt meer radarsignalen die wijzen op de aanwezigheid van ondergrondse 'meren', maar vele bevinden zich in gebieden die te koud zijn om water vloeibaar te houden.

In 2018 kondigden wetenschappers die met gegevens van de Mars Express-orbiter van ESA (de European Space Agency) werkten een verrassende ontdekking aan: signalen van een radarinstrument dat door de zuidpool van de Rode Planeet werden weerkaatst, leken een vloeibaar ondergronds meer te onthullen. Sindsdien zijn er nog meer van dergelijke reflecties aangekondigd.

Bij de foto: Het helderwitte deel van deze afbeelding toont de ijzige kap die de zuidpool van Mars bedekt, bestaande uit bevroren water en bevroren koolstofdioxide. ESA's Mars Express heeft dit gebied van Mars op 17 december 2012 in infrarood, groen en blauw licht vastgelegd met behulp van zijn hoge resolutie stereocamera. Foto: ESA/DLR/FU Berlijn/Bill Dunford

In een nieuw artikel gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters, beschrijven twee wetenschappers van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië dat ze na analyse van een bredere reeks Mars Express-gegevens tientallen vergelijkbare radarreflecties rond de zuidpool hebben gevonden. Vele reflecties komen van gebieden waar het te koud zou zijn om vloeibaar water te kunnen hebben.

"We weten niet zeker of deze signalen van vloeibaar water zijn of niet, maar ze lijken veel wijder verspreid te zijn dan wat het originele artikel vond", zegt Jeffrey Plaut van JPL, co-hoofdonderzoeker van de MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) (*) instrument, dat gezamenlijk werd gebouwd door de Italiaanse ruimtevaartorganisatie en JPL. "Ofwel komt er  vloeibaar water voor onder de zuidpool van Mars of deze signalen wijzen op iets anders."

Bevroren Tijdcapsule

De radarsignalen die oorspronkelijk werden geïnterpreteerd als vloeibaar water, werden gevonden in een gebied van Mars dat bekend staat als de South Polar Layered Deposits, genoemd naar de afwisselende lagen waterijs, droogijs (bevroren koolstofdioxide) en stof die zich daar in de loop van miljoenen jaren hebben afgezet. Aangenomen wordt dat deze lagen aantonen hoe in de loop der tijden de helling van de rotatieas van Mars is verschoven, net zoals veranderingen in de helling van de aardas ooit de oorzaak waren van ijstijden en warmere perioden. Toen Mars een kleinere ashelling had, hoopten sneeuwval en stoflagen zich op in het gebied en vormden uiteindelijk de dik gelaagde ijskap die daar tegenwoordig gevonden wordt.

Door radiogolven naar het oppervlak te sturen, kunnen wetenschappers onder deze ijzige lagen kijken en ze in detail in kaart brengen. Radiogolven verliezen energie wanneer ze door materiaal in de ondergrond gaan. Als ze terugkaatsen naar het ruimtevaartuig, hebben ze meestal een zwakker signaal. Maar in sommige gevallen waren signalen die terugkeerden van de ondergrond van deze regio helderder dan die aan de oppervlakte. Sommige wetenschappers hebben deze signalen geïnterpreteerd als de aanwezigheid van vloeibaar water, dat radiogolven sterk weerkaatst.

Plaut en Aditya Khuller, een promovendus aan de Arizona State University die tijdens hun stage bij JPL aan de paper hebben gewerkt, weten niet precies wat de signalen aangeven. De gebieden waarvan wordt verondersteld dat ze vloeibaar water bevatten, beslaan ongeveer 10 tot 20 kilometer in een relatief klein gebied van de zuidpool van Mars. Khuller en Plaut breidden de zoektocht naar vergelijkbare sterke radiosignalen uit tot 44.000 metingen verspreid over 15 jaar aan MARSIS-gegevens over het gehele zuidelijke poolgebied van Mars.

Onverwachte ‘meren’

De analyse onthulde tientallen extra heldere radarreflecties over een veel groter gebied en diepte dan ooit tevoren. Op sommige plaatsen bevonden ze zich op minder dan anderhalve kilometer onder het oppervlak, waar de temperaturen worden geschat op min 63 graden Celsius - zo koud dat het water zou worden bevroren, zelfs als het zoute mineralen bevat die bekend staan ​​als perchloraten, die het vriespunt van water kunnen verlagen.

Khuller verwees naar een artikel uit 2019 waarin onderzoekers de warmte berekenden die nodig was om ondergronds ijs in deze regio te smelten. Ze ontdekten dat alleen recent vulkanisme onder het oppervlak de mogelijke aanwezigheid van vloeibaar water onder de zuidpool zou kunnen verklaren.

"Ze ontdekten dat het twee keer zo groot zou zijn als de geschatte geothermische warmtestroom van Mars om dit water vloeibaar te houden," zei Khuller. "Een mogelijke manier om deze hoeveelheid warmte te krijgen, is door vulkanisme. We hebben echter niet echt sterk bewijs gezien voor recent vulkanisme op de zuidpool. Dus het lijkt onwaarschijnlijk dat vulkanische activiteit het mogelijk zou maken dat ondergronds vloeibaar water in deze regio aanwezig is.”

Wat verklaart de heldere reflecties als het geen vloeibaar water is? De auteurs kunnen het niet met zekerheid zeggen. Maar hun paper biedt wetenschappers wel een gedetailleerde kaart van de regio die aanwijzingen bevat over de klimaatgeschiedenis van Mars, inclusief de rol van water in zijn verschillende vormen.

"Onze mapping brengt ons een paar stappen dichter bij het begrijpen van zowel de omvang als de oorzaak van deze raadselachtige radarreflecties", zei Plaut.

Auteur: Jan Vyvey
Bron: JPL

(*) Meer info over MARSIS op Wikipedia.