Ze względu na swój charakterystyczny rdzawy odcień Mars od dawna nazywany jest Czerwoną Planetą. Teraz naukowcy być może odkryli potencjalne źródło tego koloru, obalając przy okazji popularną teorię.

Mars jest jedną z najlepiej zbadanych planet w naszym Układzie Słonecznym. Dzięki jego bliskości dotarły tam w ciągu ostatnich kilku dekad liczne sondy kosmiczne. Orbitery i lądowniki dostarczyły naukowcom danych dowodzących, że czerwony kolor Marsa pochodzi z utlenionych cząstek żelaza występujących w pyle pokrywającym planetę.

Żelazo w skałach na Marsie reagowało w przeszłości z wodą lub tlenem z powietrza, tworząc tlenek żelaza – w podobnym procesie, w jakim na Ziemi powstaje rdza. Przez miliardy lat tlenek żelaza zmieniał się w pył i osiadał na powierzchni planety, roznoszony przez marsjańskie wiatry, które również obecnie wywołują potężne burze pyłowe.

Wcześniejsze analizy tlenku żelaza na Marsie, oparte jedynie na obserwacjach z sond kosmicznych, nie wykazały żadnych śladów wody, co skłoniło naukowców do przypuszczenia, że tlenek żelaza musi być hematytem. Uważano, że ten suchy minerał, główny składnik rudy żelaza, powstał w wyniku reakcji z atmosferą Marsa w procesie trwającym całe epoki geologiczne. Jeśli tak istotnie było, hematyt powstałby stosunkowo późno w historii Marsa, już po tym, gdy na jego powierzchni znajdowały się jeziora i rzeki.

Nowe badania łączące dane z wielu misji i badania próbek pyłu marsjańskiego wytworzonego w laboratorium sugerują, że za czerwony odcień może odpowiadać minerał, który powstaje w obecności wody, a nie hematyt. Może to wpłynąć na zmianę sposobu, w jaki naukowcy rekonstruują wygląd Marsa miliony lat temu, a także na rozstrzygnięcie zasadniczego pytania, czy potencjalnie nadawał się on do podtrzymania życia biologicznego.

Badanie pyłu pokrywającego powierzchnię Marsa to trudne wyzwanie. Cząsteczki utlenionego żelaza są bowiem bardzo małe; ich wielkość jest liczona w nanometrach lub nawet w jeszcze mniejszej skali.

Nowe analizy wskazują, że za czerwony odcień marsjańskiego pyłu jest odpowiedzialny inny rodzaj tlenku żelaza, który zawiera wodę, zwany ferrihydrytem. Tworzy się on w wodzie i prawdopodobnie powstał na Marsie, gdy woda mogła jeszcze występować na powierzchni, zanim planeta stała się zimniejsza i bardziej niegościnna. Wcześniejsze badania sugerowały już wprawdzie ferrihydryt jako możliwą przyczynę zaczerwienienia Marsa, ale nowe badanie po raz pierwszy połączyło metody laboratoryjne z danymi obserwacyjnymi, aby dostarczyć dowodów.

Naukowcy wykorzystali w tym celu dane zebrane przez sondy Mars Express Europejskiej Agencji Kosmicznej i ExoMars Trace Gas Orbiter, a także Mars Reconnaissance Orbiter NASA oraz łaziki Curiosity, Pathfinder i Opportunity. Kolorowa kamera CaSSIS sondy Trace Gas Orbiter, znana również jako Colour and Stereo Surface Imaging System, ujawniła dokładny rozmiar i skład cząsteczek pyłu na Marsie, co pozwoliło odtworzyć go w laboratorium na Ziemi.

Używając różnych rodzajów tlenku żelaza naukowcy stworzyli własny „pył marsjański”. Następnie przeanalizowali go za pomocą aparatów rentgenowskich i spektrometrów, stosując techniki podobne do tych, których używają orbitery badające Marsa. Następnie porównali dane laboratoryjne z danymi z sond kosmicznych.

Spektrometr OMEGA sondy Mars Express wykazał, że najbardziej zapylone części Marsa zawierają dowody na obecność minerałów bogatych w wodę Potwierdziły to dane z kamery CaSSIS, wskazując na obecność ferrihydrytu jako najlepszego kandydata na czynnik zabarwiający powierzchnię Marsa na czerwono. Instrument ten okrąża Marsa od kwietnia 2018 r., rejestrując kolorowe obrazy powierzchni planety w wysokiej rozdzielczości.

Okazało się, że ferrihydryt zmieszany z bazaltem najlepiej pasuje do tego, co obserwują sondy kosmiczne na Marsie. A ponieważ ferrihydryt mógł powstać tylko wtedy, gdy na powierzchni wciąż znajdowała się woda, Mars musiał „zardzewieć” wcześniej, niż sądzono. Potwierdza to tezę, że Mars niegdyś był pełen wody.

Skoro ta zawierająca wodę „rdza” pokrywa większość powierzchni planety, sugeruje to, że ciekła woda w starożytnej przeszłości Marsa mogła być bardzo rozpowszechniona. Mars mógł mieć kiedyś środowisko, w którym występowała woda w stanie ciekłym, co jest niezbędnym warunkiem istnienia życia, jakie znamy. Ponadto, powstanie ferrihydrytu wymagało również obecności tlenu – pochodzącego z atmosfery lub innych źródeł – niezbędnego do reakcji z żelazem.

Badacze nie koncentrowali się na określeniu czasu powstania tego minerału. Ponieważ jednak ferrihydryt tworzy się w wodzie, możliwe, że powstał nawet około 3 miliardów lat temu. Był to okres intensywnej aktywności wulkanicznej na Marsie, która prawdopodobnie wywołała topnienie lodu i interakcje między wodą a skałami, zapewniając warunki sprzyjające powstawaniu ferrihydrytu.

Możliwe, że ferrihydryt, oprócz pyłu, znajduje się również w warstwach marsjańskich skał. Najlepszym sposobem na potwierdzenie tego będzie pobranie próbek skał i pyłu z Czerwonej Planety. Łazik Perseverance zebrał już wiele odpowiednich próbek, a NASA i ESA mają nadzieję wykorzystać serię złożonych misji w ramach programu Mars Sample Return, aby sprowadzić je na Ziemię do początku lat 30. XXI w.

Kiedy próbki trafią do laboratorium, będzie można dokładnie zmierzyć, ile ferrihydrytu zawiera pył i co to oznacza dla naszego zrozumienia historii występowania wody i możliwości istnienia życia na Marsie.

Dotychczasowe odkrycia stawiają przed naukowcami nowe zagadki do rozwiązania, w tym konieczność poszukiwania pierwotnego miejsca pochodzenia ferrihydrytu, zanim rozprzestrzenił się on na Marsie. Istotne byłoby także określenie dokładnego składu chemicznego atmosfery Marsa w momencie powstania ferrihydrytu. Zrozumienie, kiedy i gdzie powstał pył, może pomóc w zrozumieniu ewolucji atmosfer wczesnych planet podobnych do Ziemi.

Badacze zaobserwowali dowody na obecność ferrihydrytu również w osadach jeziornych w kraterze Gale na Marsie, który jest badany przez łazik Curiosity.

Ferrihydryt jest bardzo rozpowszechniony na Ziemi, w glebach, które zawierają duże ilości wody, czy to z powodu topnienia śniegu, czy też krótkich okresów intensywnych opadów w cieplejszym klimacie.

Czerwoną barwę Marsa znali już starożytni. Rzymianie nadali mu nazwę od imienia boga wojny, ponieważ jego kolor przypominał im krew, a Egipcjanie nazywali planetę Her Desher, co oznacza „czerwony”. Odkrycie, że kolor Marsa może być spowodowany obecnością minerału zawierającego wodę, takiego jak ferrihydryt, w przeciwieństwie do bezwodnego hematytu, zaskoczyło naukowców. Dostarczyło jednak intrygujących wskazówek dotyczących historii geologicznej i klimatycznej Marsa.