Oeroud bewijs voor water op Mars

Er is water op Mars en heel vroeger was er nog veel meer water. De bewijzen ervoor stapelen zich op, al eeuwen lang.

De Kimberley-formatie op Mars. De laagjes in dit landschap zijn gevormd door water dat ooit stroomde naar een verdwenen waterbekken. Foto NASA/JPL-CALTECH/MSSS

In de recente film The Martian gebruikt de gestrande astronaut Mark Watney raketbrandstof om water te maken voor zijn aardappelveldje. Die moeite had hij zich kunnen besparen, want er is water zat op Mars. Recent bracht de NASA ook aanwijzingen voor stroompjes zout water op Mars als groot nieuws. En de eerste aanwijzingen in die richting zijn al vier eeuwen geleden ontdekt.

De eerste close-ups van Mars, die in 1965 door de Amerikaanse ruimtesonde Mariner 4 naar de aarde werden gezonden, toonden een troosteloos, kraterrijk woestijnlandschap. Duidelijke aanwijzingen voor erosie ten gevolge van stromend water ontbraken, en de luchtdruk op de planeet bleek zo gering te zijn dat water – in zuivere vorm althans – alleen in de vorm van ijs of damp kon bestaan.

Daarmee was de indruk bevestigd die al sinds het begin van de twintigste eeuw bestaat: Mars is veel kouder en vooral ook droger dan de aarde. Maar vóór 1900 bestond een veel optimistischer beeld van de rode planeet.

Bewijs 1 Poolkappen

Al in de zeventiende eeuw zagen de Nederlandse wetenschapper Christiaan Huygens en zijn Italiaans-Franse collega Giovanni Cassini door hun telescopen dat Mars witte poolkappen heeft. En in 1719 stelde de Italiaanse astronoom Giacomo Maraldi vast dat die poolkappen in de loop van de seizoenen groter en kleiner worden.

Dat bracht de Duits-Britse astronoom William Herschel 65 jaar later op het idee dat de polen van Mars wel eens bedekt konden zijn met ijs en sneeuw. Met een beetje fantasie zou je die poolkappen het eerste ‘bewijs’ kunnen noemen voor de aanwezigheid van water op Mars. Veel meer dan een vermoeden was dat lange tijd niet, maar inmiddels is inderdaad gebleken dat de beide poolkappen grotendeels uit bevroren water bestaan.

Geen bewijs Kanalen

Behalve poolkappen vertoont Mars ook een aantal donkere gebieden, die lang voor oceanen zijn aangezien. Herschel en veel van zijn tijdgenoten waren er dan ook van overtuigd dat de omstandigheden op de planeet zich in veel opzichten lieten vergelijken met die op aarde.

In de loop van de negentiende eeuw kantelde dat beeld. De meeste astronomen zagen in dat de planeet heel koud en droog moest zijn. Een opvallende atmosfeer ontbreekt, en door zijn grotere afstand tot de zon ontvangt Mars veel minder zonnewarmte dan de aarde.

Maar sommige telescoopwaarnemers, onder wie de Amerikaanse amateurastronoom Percival Lowell, meenden zelfs een kanalenstelsel op de planeet te zien. Uit subtiele seizoensveranderingen die de donkere gebieden op Mars vertoonden, leidde Lowell af dat deze wellicht met vegetatie waren bedekt. De mythe van Mars als woestijnplaneet, waar levende wezens een irrigatiestelsel hadden gegraven om smeltwater van de polen naar de droge evenaar te transporteren, was geboren.

In 1909, toen Mars relatief dicht bij de aarde kwam en betere telescopen beschikbaar waren, bleken Lowells kanalen simpelweg onvindbaar.

Bewijs 2 Waterdamp

In 1963 ontdekten drie Amerikaanse astronomen met behulp van een 2,5-meter telescoop zwakke absorptielijnen van waterdamp in het spectrum van de planeet. Gezien het ijle karakter van de Marsatmosfeer was duidelijk dat het om geringe hoeveelheden moest gaan.

Die indruk werd in 1971 bevestigd door de eerste ruimtesonde die in een omloopbaan om Mars werd gebracht. Op de foto’s van rivierbeddingen en diepe ravijnen die hij naar de aarde zond was geen druppel water te zien. Wel leek het er sterk op dat Mars ooit aanzienlijk warmer en natter was geweest dan nu.

De aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer komt onder meer tot uiting in ijle sluierwolken die zich aan het eind van de herfst en het begin van de winter op vijf tot tien kilometer hoogte vormen. Deze bestaan uit ijsdeeltjes met afmetingen van enkele micrometers. Zodra de luchtvochtigheid hoog genoeg is, en de temperatuur ver genoeg daalt, ontstaan er zelfs bescheiden rijpafzettingen.

Bewijs 3 Bodemwater

Bijna elke lander, ‘rover’ of orbiter die de afgelopen dertig jaar met succes naar Mars is gestuurd heeft aanwijzingen gevonden dat er er nog steeds water is op de planeet.

Dat begon al met de twee Viking-missies, beide bestaande uit een orbiter en een lander, die in 1976 hun bestemming bereikten. De landers waren uitgerust met een robotarm die bodemmonsters opschepte en naar een klein laboratorium overhevelde. Deze bodemmonsters bleken inderdaad water te bevatten, al was niet precies duidelijk hoeveel.

Recent onderzoek door de Marsverkenner Curiosity heeft het eerste Vikingresultaat bevestigd. De bodemmonsters die Curiosity heeft geanalyseerd bestaan voor anderhalf tot drie procent uit (chemisch gebonden) water.

Bewijs 4 Verborgen ijs

In 2002 maakten wetenschappers bekend dat de Mars Odyssey, een ruimtesonde die om Mars cirkelt, aanzienlijke hoeveelheden bevroren water had opgespoord. Het ijs zit vlak onder het oppervlak en is vermengd met het poreuze materiaal waaruit de Marsbodem bestaat.

Op beide halfronden van Mars bestaat de bodem van 55 graden noorderbreedte tot aan de polen voor gemiddeld de helft uit water. Dichter bij de evenaar is het watergehalte minder dan tien procent. Een dunne toplaag van gruis en stof beschermt het ijs tegen sublimatie (‘verdamping’).

Schattingen gebaseerd op later onderzoek met radarinstrumenten van verschillende Marsorbiters geven aan dat het alles bij elkaar om minstens 5 miljoen kubieke kilometer ijs gaat – bijna tweemaal de ijskap van Groenland. Bij volledige afsmelting is dat voldoende om de planeet (gemiddeld) 35 meter onder water te zetten.

Het is niet ondenkbaar dat de verborgen ijslaag plaatselijk kilometers diep is. Vermoed wordt dat het ijs een overblijfsel is van de (veel grotere) watervoorraad die Mars tot ongeveer 3,7 miljard jaar geleden heeft gehad. Dat geldt ook voor de met puin bedekte gletsjers die op diverse plaatsen op de planeet zijn aangetroffen.

Bewijs 5 Geultjes

In 2006 bleek uit opnamen van de Mars Reconnaissance Orbiter dat sommige kraterwanden geulen vertoonden die daar tien jaar eerder nog niet waren. Deze geulen werden in eerste instantie toegeschreven aan (extreem zout) water dat tijdens het warme seizoen op Mars langs de kraterwand omlaag was gesijpeld. Over die interpretatie is nadien echter een stevige discussie ontstaan, omdat de geulen ook het gevolg van omlaag schuivend droog materiaal kunnen zijn.

Behalve geulen vertonen sommige kraterwanden en berghellingen in de warme maanden ook donkere strepen van enkele meters breed die in de winter weer verdwijnen. Deze ‘hellingsporen’, die in 2011 voor het eerst werden opgemerkt, zijn een sterkere aanwijzing dat er af en toe nog wat water stroomt op Mars.

Een van de gebieden waar de ‘pekelstroompjes’ zijn ontdekt is het gebied Acidalia Planitia – de plek waar filmastronaut Watney strandde. Maar de donkere sporen zijn lang niet overal op Mars te vinden. Bovendien zijn ze van korte duur en bevatten ze niet bijster veel water. Ook is de oorsprong van dat water nog onduidelijk.

Maar is er leven?

Dat er nog steeds water is op Mars staat dus wel vast. Dat er heel vroeger veel méér water is geweest ook. De intrigerende vraag is nu of er ooit genoeg (vloeibaar) water op de planeet is geweest om leven mogelijk te maken. En of er ook nu nog primitief leven is.

Dat laatste lijkt niet erg waarschijnlijk. De planeet heeft vrijwel geen atmosfeer en geen globaal magnetisch veld, om zijn oppervlak te beschermen tegen de dodelijke straling uit de ruimte.

Toch is het niet ondenkbaar dat we ons beeld van de rode planeet binnenkort weer moet bijstellen. Bij komende onbemande ruimtemissies, zoals de tweedelige Europese ExoMars-missie (2016/2018) en de NASA-missie Mars 2020, zal gericht worden gezocht naar moleculen en andere aanwijzingen voor (vroeger) leven.