Sebuah pelacak yang digunakan untuk memperkirakan seberapa banyak atmosfer yang hilang di Mars dapat berubah tergantung pada waktu hari dan suhu permukaan di Planet Merah, menurut pengamatan baru oleh para ilmuwan yang didanai NASA. Pengukuran sebelumnya dari pelacak ini — isotop oksigen — tidak disetujui secara signifikan. Pengukuran akurat pelacak ini penting untuk memperkirakan berapa banyak atmosfer yang pernah dimiliki Mars sebelum lenyap, yang mengungkapkan apakah Mars saat itu bisa dihuni dan seperti apa kondisinya.
Mars adalah gurun yang dingin dan tidak ramah saat ini, tetapi fitur-fitur seperti dasar sungai yang kering dan mineral yang hanya terbentuk oleh air menunjukkan bahwa dahulu kala Mars memiliki atmosfer tebal yang dapat menahan panas yang cukup untuk air tetap mencair mengalir di permukaan planet. Tampaknya Mars kehilangan sebagian besar atmosfernya selama miliaran tahun, mengubah iklimnya dari iklim yang mungkin bisa mendukung kehidupan menjadi lingkungan yang kering dan beku seperti saat ini, menurut hasil misi NASA seperti MAVEN dan Curiosity dan misi Viking di tahun 1976.
Namun, kebanyakan misteri tentang atmosfer kuno Planet Merah tetap ada. “Kami tahu Mars memiliki lebih banyak atmosfer. Kami tahu Mars memiliki air yang mengalir. Kami tidak memiliki perkiraan yang baik untuk kondisi selain itu — seberapa mirip Mars dengan lingkungan Bumi? Berapa lama?” kata Timothy Livengood dari University of Maryland, College Park, dan Goddard Space Flight Center NASA di Greenbelt, Maryland. Livengood adalah penulis utama makalah tentang penelitian ini yang diterbitkan online di Icarus.
Salah satu cara untuk memperkirakan seberapa tebal atmosfer awal Mars adalah dengan melihat isotop oksigennya. Isotop adalah versi elemen dengan massa berbeda karena jumlah neutron dalam inti atomnya. Isotop yang lebih ringan lolos ke ruang angkasa lebih cepat daripada isotop yang lebih berat, sehingga atmosfer yang tersisa di planet ini secara bertahap diperkaya oleh isotop yang lebih berat. Dalam hal ini, Mars diperkaya dibandingkan dengan Bumi dalam isotop oksigen yang lebih berat, 18O, dibandingkan yang lebih ringan dan jauh lebih umum 16O. Jumlah relatif yang diukur dari masing-masing isotop dapat digunakan untuk memperkirakan seberapa banyak atmosfer yang ada di Mars purba, dalam kombinasi dengan perkiraan untuk seberapa cepat 16O yang lebih ringan lolos, dan dengan asumsi bahwa jumlah relatif setiap isotop di Bumi dan Mars adalah sangat mirip sekali.
Masalahnya adalah bahwa pengukuran jumlah 18O dibandingkan dengan 16O di Mars, rasio 18O / 16O, belum konsisten. Misi yang berbeda mengukur rasio yang berbeda, yang menghasilkan pemahaman yang berbeda tentang atmosfer Mars kuno. Hasil baru menyediakan cara yang mungkin untuk menyelesaikan perbedaan ini dengan menunjukkan bahwa rasio dapat berubah selama satu hari di Mars.
“Pengukuran sebelumnya di Mars atau dari Bumi telah memperoleh berbagai nilai yang berbeda untuk rasio isotop,” kata Livengood.
“Pengukuran kami adalah yang pertama untuk menggunakan metode tunggal dengan cara yang menunjukkan rasio sebenarnya bervariasi dalam satu hari, bukan perbandingan antara perangkat independen. Dalam pengukuran kami, rasio isotop bervariasi dari sekitar 9% terkuras dalam isotop berat di siang hari di Mars menjadi sekitar 8% yang diperkaya dalam isotop berat sekitar 1:30 siang dibandingkan dengan rasio isotop yang normal untuk oksigen Bumi.
Rentang rasio isotop ini konsisten dengan pengukuran yang telah dilaporkan oleh yang lainnya. “Pengukuran kami menunjukkan bahwa pekerjaan sebelumnya semua mungkin telah dilakukan dengan benar tetapi tidak disepakati karena aspek atmosfer ini lebih kompleks daripada yang kita sadari,” kata Livengood. “Tergantung di mana pengukuran di Mars dilakukan, dan jam berapa di Mars, adalah kemungkinan untuk mendapatkan nilai yang berbeda.”
Tim berpendapat perubahan rasio pada siang hari adalah kejadian rutin karena suhu tanah, di mana molekul yang lebih berat secara isotopik akan menempel pada butiran permukaan dingin pada malam hari lebih banyak daripada isotop yang lebih ringan, kemudian dilepaskan ketika permukaan memanas di siang hari.
Karena atmosfer Mars sebagian besar adalah karbon dioksida (CO2), yang sebenarnya diamati oleh tim adalah isotop oksigen yang terikat pada atom karbon dalam molekul CO2. Mereka melakukan pengamatan atmosfer Mars dengan Fasilitas Teleskop Inframerah NASA di Mauna Kea, Hawaii, menggunakan Instrumen Heterodyne untuk Angin Planet dan Komposisi yang dikembangkan di NASA Goddard. “Ketika mencoba memahami luas penyebaran dalam estimasi rasio isotop yang kami dapatkan dari pengamatan, kami memperhatikan bahwa itu berkorelasi dengan suhu permukaan yang juga kami peroleh,” kata Livengood. “Itulah wawasan yang menempatkan kita di jalan ini.”
Karya baru ini akan membantu para peneliti memperbaiki perkiraan mereka tentang atmosfer Mars kuno. Karena pengukuran sekarang dapat dipahami sebagai konsisten dengan hasil dari proses tersebut di atmosfer planet lain, itu berarti mereka berada di jalur yang benar untuk memahami bagaimana perubahan iklim Mars. “Ini menunjukkan bahwa kehilangan atmosfer disebabkan oleh proses yang kurang lebih kita pahami,” kata Livengood. “Rincian kritis masih harus dikerjakan, tetapi itu berarti bahwa kita tidak perlu meminta proses eksotis yang bisa mengakibatkan menghilangkan CO2 tanpa mengubah rasio isotop, atau mengubah hanya beberapa rasio pada elemen lain.”
