BAGIKAN
Milyaran tahun yang lalu, Mars telihat seperti ini, dengan lautan yang menyelimuti permukaannya. Credit: NASA/GSFC

Setiap dua tahun di Bumi, ketika masa musim panas di belahan selatan dari planet Mars, sebuah jendela terbuka: hanya dalam masa tersebut uap air naik dari bagian bawah menuju bagian atas atmosfer planet Mars. Kemudian, angin membawa uap tersebut menuju kutub utara. Dan ketika sebagian dari uap air tersebut hilang di angkasa, sisanya menetap di dekat kutub utara. Para peneliti dari Moscow Institute of Physics an Technology, dan Max Planck Institute for solar System Research (MPS) di Jerman menggambarkan siklus air yang tidak biasa di Planet Mars ini dalam the Geophysical Research Letters. Dalam simulasi komputer yang mereka buat, ditunjukkan bagaimana uap air mengatasi rintangan udara dingin di tengah atmosfer planet Mars hingga mencapai lapisan teratas dari atmosfer. Fenomena ini bisa menjelaskan mengapa planet Mars, tidak seperti planet bumi, kehilangan sebagian besar dari persediaan airnya.

Beberapa miliar tahun yang lalu, Mars adalah planet yang kaya akan air dengan sungai-sungai, dan bahkan lautan. Sejak itu, planet terdekat dari bumi ini berubah secara dramatis. Sekarang ini, hanya sedikit sekali ditemukan air di daratan; di atmosfer, uap air terbentuk sangat sedikit sekali. Secara keseluruhan, planet ini telah kehilangan sekitar 80 persen dari keseluruhan airnya. Di lapisan atas planet Mars, radiasi ultraviolet dari matahari memutus ikatan molekul air menjadi hidrogen (H) dan hidroksil (OH). Hidrogen kemudian menghilang di angkasa. Pengukuran yang dilakukan oleh pesawat angkasa dan juga teleskop angkasa memperlihatkan bahwa hingga saat ini, air masih terus menghilang dengan cara ini. Bagaimana mungkin hal ini bisa terjadi? Lapisan tengah atmosfer planet Mars, seperti lapisan troposfer di Bumi, seharusnya bisa mencegah naiknya uap air ke angkasa. Dan juga, wilayah tersebut juga sangat dingin, seharusnya uap air segera berubah menjadi es. Bagaimana uap air di Mars bisa mencapai lapisan teratas udara?

Dalam simulasi yang mereka buat, para peneliti dari Jerman dan Rusia menemukan sebuah mekanisme yang tidak pernah diketahui sebelumnya yang mengingatkan pada mekanisme kerja pompa. Model yang mereka buat, secara jelas menggambarkan aliran dari gas yang menyelubungi Planet Mars dari permukaan hingga ketinggian 160 kilometer. Dari perhitungan yang mereka lakukan terlihat bahwa bagian tengah atmosfer yang suhunya dingin dapat dilewati oleh uap air dua kali dalam sehari — hanya pada lokasi tertentu, dan pada waktu tertentu dalam setahun.

Distribusi vertikal uap air di Mars dalam satu tahun planet Mars, terlihat pada jam 3 am waktu setempat. Hanya jika dalam masa musim panas dibagian selatan hemisfer uap air bisa mencapai bagian tertinggi dari lapisan atmosfer. [Credit: GPL,Shaposhnikov et al.]

Orbit dari Mars memegang peranan yang menentukan pada proses ini. Bentuk orbit dari Mars dalam mengelilingi matahari, dimana membutuhkan sekitar dua tahun Bumi, berbentuk lebih elips dari orbit bumi. Pada titik terdekat dengan matahari (diperkirakan bertepatan dengan musim panas di belahan selatan planet), Mars berada pada jarak sekitar 42 juta kilometer lebih dekat dengan matahari dari titik terjauhnya. Musim panas di belahan selatan akan lebih hangat dari musim panas di belahan utara.

“Ketika musim panas di belahan selatan planet, pada waktu tertentu dalam satu hari, uap air di wilayah tersebut bisa naik dengan massa udara hangat hingga bisa mencapai bagian teratas dari atmosfer,” kata Paul Hartough dari MPS, menyimpulkan hasil penelitian mereka. Di lapisan teratas dari atmosfer, aliran udara membawa gas sepanjang garis bujur hingga mencapai kutub utara, dimana disini uap air akan mendingin dan kemudian turun kembali ke permukaan. Tetapi ada sebagian dari uap air yang hilang dalam siklus ini: karena pengaruh radiasi matahari, molekul air memecah dan hidrogen menghilang di angkasa.

Fenomena alam planet Mars lainnya juga menjadi penyebab terjadinya siklus hidrologi yang tidak biasa ini; badai debu yang sangat besar yang menyapu keseluruhan permukaan planet dan secara kontinu datang sekali dalam beberapa tahun. Badai besar terakhir terjadi di tahun 2018 dan 2007 dan secara lengkap didokumentasikan oleh pesawat angkasa yang mengorbit planet Mars. “Debu dalam jumlah yang sangat banyak terbang ke angkasa pada peristiwa badai tersebut, juga membawa uap air hingga mencapai lapisan udara yang tinggi,” kata Alexader Medvedev dari MPS.

Badai di Mars yang menyapu hampir keseluruhan planet, yang terjadi pada bulan juni 2018. Foto diambil oleh kendaraan rover milik NASA, Curiosity. Badai seperti ini, bisa membawa uap air hingga ke bagian paling atas dari atmosfer Mars. [Credit: NASA]

Para peneliti memperhitungkan bahwa selama badai debu tahun 2007, jumlah uap air yang mencapai bagian teratas dari atmosfer Mars bertambah dua kali lipat dibandingkan ketika tidak terjadi badai pada musim panas di belahan selatan Mars. Partikel debu ini menyerap cahaya matahari sehingga temperatur dari keseluruhan atmosfer naik hingga 30 derajat. “Model yang kami buat ini, untuk pertama kalinya bisa menunjukkan secara akurat bagaimana debu di atmosfer bisa mempengaruhi proses mikrofisika perubahan air dalam bentuk es menjadi uap air.” Kata Dmitry Shaposhnikov dari Mascow Institute of Physics and Technologi, yang jug pimpinan dari penelitian ini.

“Atmosfer planet Mars ternyata lebih mudah dilewati oleh uap air dibandingkan dengan planet Bumi,” Hartough menyimpulkan. “Siklus air dari planet Mars yang kami temukan ini, berkontribusi besar untuk menghilangnya air secara besar-besaran di planet Mars.”