Mars, den røde planet... Introduktion Mars er kendt som den røde planet og Jorden kaldes ofte for den blå planet. 1 At dette er helt rimeligt, kan ses på billederne nedenfor... Figur 1 Den røde planet set fra forskellige steder i solsystemet. (a) Et typisk nærbillede af Mars overflade (Viking 1 lander, 1976). (b) Mars set fra Mars Global Surveyor, mosaik af 4 billeder, optaget med Wide-angle Orbital Camera den 12. maj 2003, ca. 200 km fra Mars overflade. Man ser ca. en tredjedel af planeten (ca. 8.500 km ud af ca. 21 000 km, som er hele omkredsen). Bemærk Olympus Mons og de tre Tharsis vulkaner, som er omgivet af hvide skyer, desuden det store canyonsystem Valles Marineris (3.000 km langt, op til 7 km dybt). (c) og (d) Mars set fra Hubble Space Telescope, 26. august (c) og 27. august 2003 (d). På grund af den større afstand (56 mio. km) ses her næsten to halvkugler (i modsætning til (b)). 1 Se også http://cmex-www.arc.nasa.gov/voviews/eartmars.htm. 1
(a) (b) (c) (d) Figur 2 Vores blå planet, set fra forskellige steder i solsystemet. (a) Et typisk nærbillede af Jordens overflade. (b) Vores planet, Jorden, set af Apollo-8 astronauterne i kredsløb omkring Månen, 24. december 1968, ca. 380 000 km fra Jorden. (c) Jorden og Månen set fra Galileo-sonden på vej til Jupiter i 1992, afstand 6,2 mio. km. (d) Jorden og Månen set fra ESA-sonden Mars Express på vej til Mars i 2003, afstand 8 mio. km. Ja, Jorden er blå. Den er blå på grund af den tykke atmosfære. Hvidt lys består af alle regnbuens farver (rød, orange, gul, grøn, blå, violet). Hvidt lys fra solen rammer toppen af Jordens atmosfære. Luften spreder den blå del i alle retninger, - blandt andet tilbage i verdensrummet. Den resterende del af det hvide lys kan mere eller mindre fortsætte sin vej ned til Jordens overflade, hvor lyset bliver enten absorberet eller tilbagekastet. Det er derfor himlen ser blå ud når man ser op om dagen. Jordens overflade består hovedsagelig af flydende vand. Vand har en blålig farve 2, dvs. det blå lys bliver kastet tilbage, mens de andre farver (grøn, gul og især orange og rødt) bliver absorberet. Oceanerne bidrager altså ganske lidt til Jordens blå farve. Faktisk er Jorden jo ikke blå, men den er blå-hvid, idet ca. halvdelen af Jorden altid er dækket med skyer. Skyerne består for det meste af vanddråber 3 og vanddråber er hvide ikke blå, som det også kan ses i figur 2 (a). Mars er den røde planet. Hvis Mars havde en meget tyk, støvfri gasatmosfære (gerne lidt tykkere end Jordens), så ville den også være blå. Men Mars har tværtimod en meget tynd atmosfære, som ikke bare består af gasmolekyler (95% CO 2, 3% N 2 og 2% Ar), men også af svævende støvpartikler. Udefra kan man direkte se ned til Mars faste overflade, som er dækket med knastørt, rødligt-brunligt ørkenstøv. Atmosfæren, som blæser rundt på støvet, giver Mars et ekstra-rødt slør. Det meste af tiden kan man altså se igennem atmosfæren men ikke altid! Med jævne mellemrum opstår der globale støvstorme, og så kan man slet ikke mere se ned til Mars faste overflade. Under disse storme er det altså udelukkende den støvfyldte atmosfære, som bestemmer planetens farve. Støvstorme opstår en gang imellem (man ved ikke helt hvorfor!) og nogle støvstorme varer i ca. to måneder, sidste gang i juli 2003, se figur 3. Uanset vejret på Mars (støvstorm eller ej) er det altså støvet, som giver planeten sin berømte røde farve. 2 Braun and Smirnov (1993): Why is Water Blue?, J. Chem. Edu. 70(8), p.612. Dette er en fantastisk artikel, - dog mest til 3.g. Læs artiklen på http://www.dartmouth.edu/~etrnsfer/water.htm, se også http://webexhibits.org/causesofcolor/5b.html. 3 Skyer i flere km s højde består selvfølgelig af is, ikke vand. Iskrystaller er kantede, i modsætning til vanddråber, som er tilnærmelsesvis runde. Iskrystaller er hvide, lige som vanddråberne, men kaster mere lys tilbage (mod lyskilden). 2
Figur 3 Billeder fra Wide-angle Mars Orbital Camera (på Mars Global Surveyor -sonden). Den 10. juni 2001 kan man stadigvæk se Mars karakteristiske overflade (Olympus Mons, de tre Tharsisvulkaner, Valles Marineris og massevis af lyse og mørke områder, jf. figur 1). Seks uger senere er der kun de fire vulkaner og den sydlige polarkappe tilbage! Appendiks A giver dig en fornemmelse af, hvordan det ser ud på planetens overflade under en støvstorm. Støvstorme er en væsentlig risikofaktor for fremtidige bemandede missioner! Men rødt kan være mange ting, som det kan ses i figur 1! For det første kan videnskabsmændene ikke altid finde ud af Mars farve, og det selvom billederne er blevet lavet igennem en række farvefiltre. Tror du, at videnskabsmænd er kloge? Så skal du bare se på billederne nedenfor. De to billeder viser stort set samme landskab omkring Mars Pathfinder (juli 1997), men har totalt forskellig farve! Det skyldes, at man tit manipulerer billederne for at fremhæve en bestemt effekt, som fx den røde og den grå side af klippestykket Yogi i billedet til højre. Men det skyldes også, at man stadigvæk arbejder på at bestemme og beskrive Mars-støvets farve. Farven fortæller nemlig - til en vis grad noget om støvets sammensætning! For det andet afhænger farven også af belysningen, fx er en blå fisk i 50 m s dybde grå (eller måske lysegrå), hvorimod en rød fisk bare er sort. Hvordan kan det være? Og det røde menneskeblod er grøn-grå eller sort, afhængig af dybden. Er I nogensinde blevet bidt af en haj? 3
Mars-støvets kemi og magnetiske egenskaber Det luftbårne støv på Mars ligner åbenbart farvemæssigt den finkornede jord på overfladen bortset fra kornstørrelsen 4. Der er sandsynligvis tale om jernholdige silikater 5 (under 80% efter vægt) blandet med nogle jernoxider (under 5%) og måske lidt sulfater 6 (under 10%). Det er helt sikkert, at Mars-støvet indeholder flere slags jernoxider (ligesom almindelig rust), og de er formodentlig den vigtigste årsag til støvets farve (på trods af deres lave koncentration!). Det er muligt at mineralerne i Mars-støvet findes i form af nanometer-store krystaller, således at man ikke mere med optiske metoder kan identificere de enkelte mineraler. Med andre ord: Når fx en jernoxid krystal bliver meget lille (fx under 10 nm eller minder end 50 gange afstanden mellem de nærmeste naboer i jerngitteret), så mister krystallet sine kendte optiske egenskaber og muligvis ændres også nogle af de magnetiske egenskaber. Det er altså muligt at Mars-støvet består hovedsageligt af nano-krystaller... Under Viking-missionerne (1976 1980) opdagede man, at det luftbårne støv kan tiltrækkes af og samles på en permanent magnet. Det må altså indeholde en magnetisk (magnetiserbar) fase, som kunne være hæmatit (α-fe 2 O 3 dog sandsynligvis ikke helt tilstrækkelig kraftig magnetisk), magnetit (Fe 3 O 4 ) eller maghemit (γ-fe 2 O 3 ). 7 Det skal understreges, at det tilsyneladende er meget vanskeligt at pille magnetiske korn ud af det luftbårne støv, dvs. de magnetiske mineraler i Mars-støvet er tilsyneladende pakket sammen med de andre mineraler i mere sammensatte partikler, der ser ud til at udgøre Mars-støvet. Læg mærke til, at der findes yderst interessante aspekter at studere i Mars-støvet. I det mindste må en del af støvet være en eller anden form for nedbrydningsprodukt af grundfjeldet på Mars det kan dog tænkes, at man ikke helt kan se bort fra bidrag fra for eksempel mikrometeoritter og evt. biologi. Karakteriseringen af dette nedbrydningsprodukt vil derfor kunne give indsigt i de geologiske processer, som har været aktive på Mars overflade. Man kan spørge, hvornår disse processer 8 fandt sted, og om der var involveret flydende vand... 9 4 Man regner med følgende partikeldiametre: 3 µm for luftbåret støv, 5-6 µm for støvpartikler på overfladen. 5 Silikater er et meget bredt begreb for ioniske forbindelser, som består af diverse kationer (hovedsageligt fra I. og II. hovedgruppe + Al + Fe) og molekylanioner (bestående af silicium og ilt). Hvilke slags silikater der findes i Marsstøv er et åbent spørgsmål, men der forventes delvis forvitrede pyroxener og forvitrede lermineraler. 6 Sulfater er ioniske forbindelser, som består af diverse kationer (hovedsageligt fra I. og II. hovedgruppe + aluminium + jern) og molekylanionerne SO 4 2-. 7 Det kan altså ses, at der eksisterer en række forskellige slags jernoxider! Hæmatit og maghemit har den samme kemiske formel (Fe 2 O 3 ), men de enkelte jern- og iltioner er placeret forskelligt i forhold til hinanden. Man har indført forstavelserne α og γ, for at kunne skelne mellem disse to former for Fe 2 O 3. 8 Mulige dannelsesveje for Marsstøv er diskuteret på Mars-Ungdomslaboratoriets hjemmeside se http://www.fys.ku.dk/mars/, klik videre til Youth Lab! 9 På internettet kan du nemt finde information om de spor af flydende vand, som man i dag finder på overfladen af Mars. 4
5