Ke Mana Perginya Semua Air di Mars? Gambarnya Semakin Jelas

(SeaPRwire) –   Mars adalah tempat misteri. Apakah pernah—atau masih sekarang—menjadi rumah bagi kehidupan? Mengapa medan magnetnya hilang, sehingga memungkinkan angin matahari untuk mencabut atmosfernya yang dulunya melimpah? Dan kemudian ada teka-teki air Mars yang hilang. Seperti yang dibuktikan oleh dasar sungai, delta, dan cekungan samudra, Planet Merah dulunya cukup terendam air—hingga tiga miliar tahun yang lalu, ketika mulai berubah menjadi dunia gurun seperti yang kita lihat sekarang. Dua teori utama berlaku untuk ke mana semua air itu pergi: air itu mundur ke dalam tanah atau menyublim ke luar angkasa. Sekarang, sepasang makalah—satu dirilis pada Agustus dan yang lainnya pada 5 September—menunjukkan bahwa jawabannya adalah keduanya.

The , diterbitkan di , mengandalkan data dari , yang mendarat di Mars pada tahun 2018 dan beroperasi hingga 2022. InSight dilengkapi dengan seismograf yang mengukur beberapa gempa Mars selama empat tahun pesawat ruang angkasa tersebut beroperasi. Ini ditentukan oleh frekuensi getaran bahwa energi bergerak melalui permukaan bawah yang basah, yang mengandung cukup air untuk menutupi seluruh Mars dalam samudra sedalam sekitar satu mil. Jadi kasus ditutup, kan? Tidak begitu cepat.

The , diterbitkan di Science Advances, mengandalkan data dari dua pesawat ruang angkasa NASA lainnya yang terhormat—the , yang telah bekerja di orbit Bumi sejak tahun 1990, dan the , yang telah mengitari Mars sejak tahun 2014. Bersama-sama, pesawat-pesawat itu mengumpulkan data tentang atmosfer Mars sejak satu dekade untuk MAVEN dan 33 tahun untuk Hubble. Apa yang mereka berdua perhatikan adalah pelarian hidrogen ke luar angkasa—khususnya dua jenis hidrogen: hidrogen biasa, dengan satu proton di intinya, dan hidrogen yang lebih berat, yang dikenal sebagai , dengan satu proton dan satu neutron di intinya. Kedua jenis atom tersebut ada di Mars dan di Bumi, dan keduanya dapat terikat dalam molekul air, dengan satu atom oksigen dan dua atom hidrogennya.

Di atmosfer Mars, molekul air diuraikan menjadi atom penyusunnya oleh energi ultraviolet yang mengalir dari matahari. Sementara sebagian besar atom oksigen yang berat tetap berada di atmosfer planet, hal yang sama tidak berlaku untuk hidrogen. Baik hidrogen biasa maupun deuterium lebih ringan, dan dapat dengan mudah melesat ke luar angkasa—tetapi tidak secara merata: deuterium lebih sulit untuk melepaskan ikatan gravitasi Mars karena partikel tambahan di intinya; hidrogen ringan mengalir langsung ke luar. Studi baru, yang dipimpin oleh , profesor emeritus astronomi di Boston University’s Center for Space Physics, menggunakan pengamatan MAVEN dan Hubble untuk melacak pelarian kedua jenis atom hidrogen. Ini kemudian memungkinkan para penulis untuk memperkirakan berapa banyak air yang dulunya menutupi planet ini dan berapa banyak yang dapat dipertanggungjawabkan oleh hilangnya ke luar angkasa. 

Tetapi pekerjaan tersebut melibatkan lebih dari sekadar mengekstrapolasi data tersebut kembali selama tiga miliar tahun yang dibutuhkan Mars untuk mengering. Itu karena orbit Mars adalah hal yang tidak beraturan.

Bumi mengorbit matahari dalam lingkaran yang sedikit tidak rata, menjaga jarak rata-rata 93 juta mil. Orbit Mars jauh lebih elips—dengan aphelion, atau terjauh dari matahari, 155 juta mil dan perihelion, atau pendekatan terdekat, 128 juta mil. Itu secara dramatis mengubah jumlah air di atmosfer sepanjang tahun dan, pada gilirannya, jumlah hidrogen bebas yang dapat lolos.

Pada aphelion, air memiliki kelimpahan kurang dari satu bagian per juta di langit Mars, dibandingkan dengan lebih dari 50 bagian per juta pada perihelion. Itu, menurut data Hubble dan MAVEN, diterjemahkan menjadi lima hingga 20 kali lebih banyak kehilangan air—dan kehilangan hidrogen—selama pendekatan matahari terdekat.

“Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa Mars memiliki siklus tahunan yang jauh lebih dinamis daripada yang diharapkan orang,” kata Clarke dalam pernyataan yang menyertai rilis penelitian ini. “Seluruh atmosfer sangat turbulent, memanas dan mendingin dalam skala waktu yang singkat, bahkan hingga berjam-jam. Atmosfer mengembang dan berkontraksi karena kecerahan matahari di Mars bervariasi hingga 40% selama satu tahun Mars.”

Itu memiliki konsekuensi. Mars dan Bumi memulai dengan rasio deuterium terhadap hidrogen yang sama dalam air mereka, tetapi selama zaman ketika Mars telah mengering, hilangnya hidrogen ringan yang lebih besar ke luar angkasa telah melencengkan rasio tersebut. Mars modern memiliki deuterium hingga delapan kali lebih banyak relatif terhadap hidrogen ringan daripada Bumi—yang mempertahankan atmosfernya yang tebal dan dengan demikian semua airnya.

Menjalankan angka-angka tersebut, Clarke dan rekan penulisnya memperkirakan bahwa dari lapisan air setebal satu mil yang mungkin pernah menjadi rata-rata di seluruh Mars, puluhan hingga ratusan meter mungkin telah lolos ke luar angkasa. Itu masih menyisakan sebagian besar air yang hilang terperangkap di bawah tanah atau terkunci di lapisan es kutub, tetapi banyak yang hanyut juga. 

“Hanya ada dua tempat air dapat pergi,” kata Clarke. “Air itu bisa membeku ke dalam tanah atau molekul air bisa pecah menjadi atom, dan atom-atom tersebut bisa lolos dari puncak atmosfer ke luar angkasa. Untuk memahami berapa banyak air yang ada dan apa yang terjadi padanya, kita perlu memahami bagaimana atom-atom tersebut lolos ke luar angkasa.”