Zijn de mysteries van Mars eindelijk opgelost?

Mars, de niet zo rode planeet. Afbeelding: Wikipedia.

Zelf ben ik altijd een voorstander geweest van het terraformen van Mars. De mensheid kan niet eeuwig op de Aarde blijven. Op korte termijn vormt een Derde Wereldoorlog of een goed geplaatste atoombom waarschijnlijk het grootste risico op het uitsterven van de mens, op langere termijn kookt de steeds sterker wordende Zon de oceanen droog, om onze planeet vervolgens te verzwelgen. Met oog op de toekomst is het koloniseren van Mars helemaal niet zo'n gekke optie. De planeet staat verder van de Zon en kan daardoor tot leven komen op het moment dat de Aarde langzaam droogkookt. In ieder geval kan het koloniseren van de rode planeet dienen als opstapje voor het koloniseren van de ruimte.

Er zitten wel mindere punten aan het plan, want Mars is ook weer niet zo heel geschikt als nieuwe woonplaats. De planeet is klein en heeft een erg dunne atmosfeer. Om te achterhalen of de planeet in de toekomst geschikt als uitvalbasis voor de mens, moeten we eerst weten hoe de planeet is geworden zoals hij nu is. Wat is er bijvoorbeeld met de atmosfeer gebeurd?

Wat ook niet meehelpt is dat Mars geen grote maan heeft om de rotatieas te stabiliseren. Vorig jaar schreef ik al een artikel over de twee krielkippen die Mars nu vergezellen. Vanwege hun vorm en afmeting werd lange tijd gedacht dat het ingevangen asteroïden waren, maar die theorie riep meer vragen op dan 'ie kon beantwoorden. Onlangs kwam er een veel aannemelijkere theorie over het ontstaan van de maantjes, namelijk een enorme inslag, precies zoals ik toen al had geschreven. Het idee was dat er uit het puin van de inslag een heleboel maantjes ontstonden. Anders dan wat ik opperde, sloegen de meeste maantjes al snel weer in op Mars, omdat ze onder de zogenaamde synchronisatiehoogte stonden, waardoor ze via de getijden langzaam energie verloren. Phobos en Deimos, die verder van Mars ontstonden, zijn als laatste overgebleven. Deimos is veilig en zal nog tot in lengte der dagen om Mars heen blijven draaien, maar Phobos zal over enkele miljoenen jaren eveneens te pletter slaan.

Volgens een nieuwe theorie zijn de manen van Mars op dezelfde manier ontstaan als de maan van de Aarde. Afbeelding: Astronomy Now.

De inslagtheorie kan nog meer bijzonderheden van Mars verklaren, bijvoorbeeld waarom het noordelijk halfrond van de planeet vlakker is en een stuk lager ligt dan het zuidelijk halfrond. Ook kan de theorie verklaren waarom Mars zo'n ijle atmosfeer heeft. De atmosfeer is ruim 50 keer ijler dan onze eigen atmosfeer. In combinatie met de geringere zwaartekracht op Mars zorgt dit voor een luchtdruk die gemiddeld maar 0,6% is van de Aardse luchtdruk. Dat is te weinig om vloeibaar water mogelijk te maken, laat staan om er te overleven.

Op dit moment verliest Mars iedere seconde ongeveer 100 gram van zijn toch al ijle atmosfeer door de zonnewind. Is dat problematisch? Dat valt wel mee. Zo verliest de Aardse atmosfeer bijvoorbeeld iedere seconde alleen al 3 kilogram aan waterstof. In dat tempo zullen de oceanen op Aarde in een biljoen (1000 miljard) jaar zijn drooggekookt. Lang voor die tijd zal de Zon al zijn opgebrand. Die 100 gram van Mars zal het probleem dan ook niet zo zijn.

In het geweldige artikel The Planetary Air Leak. As Earth's atmosphere slowly trickles away into space, will our planet come to look like Venus? worden alle bekende oorzaken genoemd waardoor een planeet zijn atmosfeer kan verliezen. De belangrijkste factor is het simpelweg weglekken van moleculen aan de rand van de atmosfeer doordat ze een hogere snelheid krijgen dan de ontsnappingssnelheid (Jeans escape). Hoe hoger de temperaturen en hoe lichter de moleculen, hoe hoger de snelheden en dus hoe groter de kans dat de gassen de ruimte in verdwijnen.

De meeste objecten in het zonnestelsel zijn te klein om een atmosfeer vast te houden. Zo heeft de Maan geen atmosfeer, net als Mercurius, de kleinste planeet van het zonnestelsel. Aan de andere kant van het spectrum hebben we de Joviaanse planeten, zoals Jupiter, die voor het grootste gedeelte uit atmosfeer bestaan. Door hun grote zwaartekracht zijn ze in staat zelfs waterstof en helium, de twee lichtste en meestvoorkomende elementen, vast te houden. De Aarde, Mars en Venus zitten tussen die twee uitersten in en zijn in staat om alleen de wat zwaardere gassen, zoals koolstofdioxide, zuurstof en stikstof, vast te houden. Dit wordt meestal als volgt weergegeven:

Zwaartekracht en temperatuur bepalen voor een groot deel of een planeet of maan een atmosfeer heeft. Afbeelding: University of Maryland.

Hoewel de getrokken lijnen geen harde grenzen zijn, geven ze wel aan dat de Aarde en Venus alle gassen behalve waterstof en helium vrij gemakkelijk vast kunnen houden, terwijl Mars er heel wat meer moeite mee heeft. Om aan de zwaartekracht van Mars te ontsnappen is vijf keer minder energie nodig dan om aan de zwaartekracht van de Aarde te ontsnappen. Het geluk van Mars is dat de planeet van alle terrestrische planeten het verst van de Zon staat, zodat de temperaturen ook wat lager liggen en de moleculen wat minder bewegelijk zijn. Als Mars en Venus in het zonnestelsel van plaats waren gewisseld, dan had Mars helemaal geen atmosfeer meer gehad. Eens temeer is Mars' afstand tot de Zon zijn grootste pluspunt.

Een andere zwakke plek van Mars is het nagenoeg ontbreken van een magnetisch veld, zodat de zonnewind vrij spel heeft, in tegenstelling tot op Aarde. De zonnewind kan echter niet verklaren waarom Venus, die ook geen magnetisch veld heeft, een nog veel dikkere atmosfeer heeft dan de Aarde. Het voornaamste verschil tussen de twee planeten is dat de meeste koolstofdioxide op Aarde veilig zit opgeslagen in de bodem en oceanen, terwijl het in Venus allemaal in de atmosfeer is terechtgekomen. Wanneer alle opgeslagen koolstofdioxide in de atmosfeer zou komen, zou de Aarde minstens net zo'n dichte atmosfeer als Venus hebben. Hoe dan ook, het effect van de zonnewind lijkt niet zo groot te zijn.

Misschien kwam het gevaar ook wel van veel kleinere objecten. Inslagen blijken namelijk ook goed te zijn in het wegblazen van een atmosfeer. Het blijkt dat hoe dunner de atmosfeer is, hoe meer er wordt weggeblazen. Doordat Mars dicht bij de asteroïdengordel staat, zal de kleine planeet vaker zijn gebombardeerd dan de Aarde en Venus. Bij iedere inslag werd een groter deel van Mars' atmosfeer de ruimte in geslingerd. De vermoedelijke inslag die Mars aan zijn maantjes hielp, zal hier zeker aan hebben bijgedragen. En wat te denken van de inslagen van de pas gevormde maantjes zelf? De inslag van een object van een paar honderd kilometer groot zal Mars' atmosfeer een flinke optater hebben gegeven.

Onderzoek naar de grootte van zandduinen op Mars kan de ontwikkeling van de dikte van Mars' atmosfeer in kaart brengen. Dan zullen we weten of de eens dikke atmosfeer geleidelijk aan dunner is geworden, of dat het van het ene op het andere moment tot het bijna-vacuüm van vandaag de dag verworden is. Dat is voor het terraformen namelijk erg belangrijk om te weten, want aan een planeet die zijn net leefbaar gemaakte atmosfeer weer de ruimte in lekt, heb je alsnog niks. Dan kunnen we misschien beter maar meteen naar een ander sterrenstelsel afreizen.