2001 Mars Odyssey påviser store mengder vannis på Mars

Av Erik Tronstad

Ved hjelp av instrumenter om bord i 2001 Mars Odyssey har forskere påvist at det ligger enorme mengder vannis begravd i Mars-overflaten. Riktignok hadde man regnet med å finne vannis bundet i de øvre delene av Mars-overflaten, men man ser nå at det er langt mer av slik vannis enn man hadde antatt.

Mengdene med vannis i overflatelaget er så store at en forsker sa at det er riktigere å betegne disse lagene som «skitten is» enn som «jord med is».

Tegningen viser hvordan man kan forestille seg fordelingen av vannis i jordsmonnet på Mars. I sydpolområdet (til venstre) er laget med vannis forholdsvis tykt. Toppen av laget ligger nær overflaten. Jo nærmere man kommer planetens ekvatorområde (beveger seg mot høyre i tegningen), jo dypere ligger toppen av laget med vannis, og jo tynnere blir laget. (NASA/JPL/University of Arizona/Los Alamos National Laboratories/Erik Tronstad)

Rundt 60° S på Mars ligger lagene med store mengder is omtrent 60 cm under overflaten. Ved 75° S kommer dette laget opp til bare 30 cm under overflaten. Fra 20 % til 50 % av massen i det nedre laget er vannis. Siden jord og stein har høyere tetthet enn vannis, betyr dette at over halvparten av volumet er vannis. Om man fylte en bøtte med jord og varmet den opp, ville den bli mer enn halvfull med vann.

Den totale mengden av den vannisen som nå er påvist i jordsmonnet på Mars, anslås til å være omtrent det dobbelte av vannmengden i Lake Michigan.

Tegning av 2001 Mars Odyssey i Mars-bane. Den prøver å vise hvordan instrumenter om bord registrerer gammastråling og nøytroner fra områder med vannis i jordsmonnet på Mars, nær sydpolområdet. Innbyrdes størrelsesforhold er ikke helt korrekte, da romfartøyet går i bane 400 km over overflaten. (NASA/JPL/University of Arizona/Los Alamos National Laboratories)

Observasjonene som har ført til disse konklusjonene, er gjort med et gamma­stråle­spektro­meter og nøytron­detek­torer om bord i 2001 Mars Odyssey, som går i bane rundt Mars.

Mars-overflaten bombarderes kontinuerlig med kosmisk stråling, ladete partikler som beveger seg gjennom rommet med hastigheter nær opptil lyshastigheten. Når slike partikler treffer og kolliderer med atomer i Mars-overflaten, vil mange atomkjerner sende ut gammastråling. I mange tilfeller vil også nøytroner bli slått løs fra atomkjernene. Hvert grunnstoff sender ut gammastråling på forskjellige frekvenser, som er karakteristiske for de forskjellige grunnstoffene. Gamma­stråle­spektro­meteret i 2001 Mars Odyssey registrerer hvor mye gamma­stråling som mottas på forskjellige frekvenser. Ut fra dette kan forskerne til en viss grad finne ut hvilke grunn­stoffer som er til stede i Mars-overflaten, og hvor mye det er av dem.

Nøytroner som slås løs fra atomkjerner, vil fly ut fra dem i alle retninger. Noen vil fly rett ut i rommet, med store hastigheter. Fordi disse beveger seg så raskt, omtales de gjerne som «varme» nøytroner. Analogien er fra partikler i en gass, som beveger seg raskere jo større temperatur gassen har.

Noen nøytroner vil bevege seg innover i Mars-overflaten, og der kollidere med atomkjerner. Dersom et nøytron bare kolliderer med store (det vil si tunge) atomkjerner, vil det ikke miste så mye energi og fart. En analogi kan være om man kaster en klinkekule mot en metallkule av den typen som brukes til kulestøt. Klinkekulen vil da sprette bort fra metallkulen med omtrent samme hastighet den traff med. Om et nøytron etter et antall kollisjoner med større partikler flyr ut i rommet, vil et slikt nøytron ikke ha vesentlig lavere hastighet enn det ble «født» med. Slike nøytroner vil fortsatt være forholdsvis «varme».

Den mest effektive måten å bremse ned et nøytron på, er om det kolliderer med en partikkel på omtrent samme størrelse som seg selv. Her kan vi tenke oss en klinkekule som kastes mot en annen, like stor klinkekule. Dersom kollisjonen skjer rett på klinkekulen som ligger i ro, vil den innkommende kulen bli liggende i ro. Den som først lå i ro, vil fare av gårde med like stor fart som den innkommende hadde før støtet. Er kollisjonen ikke rett på, vil den innkommende kulen bli bremset kraftig ned.

Den atomkjernen som i størrelse mest likner på et nøytron, er en hydrogenkjerne, som er et proton. Det betyr at hydrogenatomer er de som mest effektivt vil bremse ned nøytroner. Nøytroner med lave hastigheter kalles «kalde» nøytroner.

I jordsmonn hvor det er få atomkjerner på størrelse med nøytroner, vil det i stor grad være varme nøytroner som strømmer opp fra Mars-overflaten, og forholdsvis få kalde. Dersom det er mange atomkjerner på størrelse med nøytroner, i praksis hydrogenkjerner, vil en større andel av nøytroner bremses ned. Over slike områder vil det være en større andel av kalde nøytroner.

2001 Mars Odyssey har nøytrondetektorer som registrer nøytroner som kommer inn utenfra Mars, som er både foran og bak romfartøyet i Mars-bane og som kommer opp fra Mars-overflaten. Nøytrondetektorene måler hastighetsfordelinger mellom nøytroner fra alle disse retningene over forskjellige områder på Mars. Litt forenklet sagt får man slik et kart som viser hvor mye hydrogen det er i jordsmonnet på Mars.

Nøytroner som slipper ut i rommet fra Mars-overflaten, må komme fra omtrent den øverste meteren av jordsmonnet på Mars. Dermed får man et kart over hydrogenmengden ned til omtrent én meter under overflaten.

Fargekodingen viser fordelingen av «varme» (se hovedteksten) nøytroner over Mars, observert fra 2001 Mars Odyssey. Områder med dyp, blå farge inneholder forholdsvis mye hydrogen i jordsmonnet, en indikasjon på vannis. Over disse områdene observerte romfartøyet mindre mengder varme nøytroner. Fargene lyseblått, grønt, gult og rødt angir stadig mindre mengder hydrogen, og større observerte mengder med varme nøytroner. På kartet er det også lagt inn topografiske trekk på Mars, for å lette orientering på planeten. (NASA/JPL/University of Arizona/Los Alamos National Laboratories)

Målingene gjort fra 2001 Mars Odyssey, viser at de hydrogenrike områdene på Mars er i områder hvor man vet det er svært kaldt, og hvor vannis vil være stabil. Et vannmolekyl består som kjent av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Denne sammenhengen mellom høyt hydrogeninnhold og områder hvor vannis vil være stabil, har fått forskerne til å konkludere med at hydrogenet forekommer i form av vannis. Fritt hydrogen kan det ikke være, fordi det raskt ville ha unnsluppet.

Basert på målinger gjort av gammastrålespektrometeret og nøytrondetektorene, kan forskerne si at vannisen ikke er jevnt fordelt i den øverste meteren av jordsmonnet. Vannisen er isteden konsentrert i et lavere lag under det aller øverste overflatelaget.

Denne type målinger ble første gang foretatt fra månebane med Lunar Prospector. Nøytrondetektorene om bord i Lunar Prospector var så følsomme at om bare 0,5 % av overflatematerialet i et gitt område hadde vært vannis, ville de ha registrert det. Om én kubikkmeter jordsmonn hadde inneholdt bare et par kopper med vann, ville Lunar Prospector ha registrert dette vannet. Lunar Prospector fant betydelige mengder vannis i noen avgrensede områder på Månen. (Se Lunar Prospector har funnet vannis på Månen (Kortnytt 1998-023) og Store mengder vannis i Månens polområder (Kortnytt 1998-092).) Dette var langt mindre mengder enn man nå har funnet på Mars. Foreløpige anslag viser at mengden av vannis i jordsmonnet på Mars er fra noen titalls til noen tusen ganger større enn på Månen.

Selv om mange har regnet med at det ville være en del vannis i jordsmonnet på Mars, er det svært interessant å få dette bekreftet. Enda mer interessant er det at det tydeligvis er langt større mengder vannis enn noen hadde forventet. Rent praktisk vil dette selvsagt ha stor betydning for fremtidige bemannede ferder til Mars og etablering av Mars-baser.

I enkelte medier har det, sammen med omtalen av funnene av vannis, vært skrevet at NASA nå tar sikte på å sende mennesker til Mars innen 20 år. Det er rent tøv. Selv om en slik ferd skulle bli et rent amerikansk foretak, hvilket er lite sannsynlig, er det ikke NASA som bestemmer hvorvidt et slikt prosjekt skal igangsettes. Der er det USAs president og kongress som rår. Blant amerikanske politikere er det definitivt ikke stemning for å bevilge penger til bemannede Mars-ferder med det første. Innenfor bemannet romfart har NASA det for tiden svært tøft med å dekke opp de store underskuddene organisasjonen har i oppbyggingen og driften av den internasjonale romstasjonen. Bemannede Mars-ferder vil derfor befinne seg på utrednings-, simulerings- og planleggingsstadiet i ennå mange år fremover.