Voda na Marse

História výskumu

V 70. rokoch 19. storočia sa Mars dostal do popredia verejného záujmu, keď taliansky astronóm Giovanni Schiaparelli ohlásil objavenie kanálov (v origináli canali), ktoré on sám najskôr pokladal za prírodný útvar. Vplyvom zlého prekladu, keď došlo k zámene prírodných kanálov za umelo vytvorené, sa začali okolo Marsu šíriť príbehy o umierajúcej civilizácii, ktorá sa snaží privádzať z polárnych čiapočiek vodu do vysychajúcich oblastí okolo rovníka. Neskoršie pozorovania vyvrátili existenciu kanálov a prvé fotografické snímky povrchu aj predstavu, že sa na povrchu nachádza tečúca voda. Následné merania ukázali, že súčasný stav atmosféry dlhodobejší výskyt kvapalnej vody na povrchu neumožňuje.
Vedci študujúci snímky zo sondy Viking skoro začali rozoznávať štruktúry veľmi nápadne sa podobajúce pozemským oblastiam, ktoré vznikli vodnou činnosťou. Snímky ukazovali rozsiahle riečne korytá, hlboké kanály, kaňony a objekty, ktoré vyzerali ako starodávne pobrežné útvary. Nasledujúce sondy Mars Pathfinder, Mars Global Surveyor, Mars Express či dve povrchové vozidlá Mars Exploration Rover ukázali rozsiahle oblasti, v ktorých existujú dôkazy o prejavoch tečúcej vody na povrchu planéty. Niektorí vedci dokonca tvrdia, že objavili oblasť, kde tiekla rieka 10 000-krát mohutnejšia ako Mississippi.
V júni roku 2000 došlo vďaka opakovanému snímkovaniu bezmenného krátera sondou Mars Global Surveyor k náhodnému objavu, ktorý ukázal, že sa tečúca voda v malom množstve a na krátky čas na povrchu stále nachádza.

Minulosť

V dnešnej dobe nepanuje jasná zhoda o tom, ako Mars v dávnej minulosti vyzeral. Jedna časť vedeckej obce zastáva teóriu, že Mars vyzeral podobne ako dnes – studený a s riedkou atmosférou. Tekutá voda na jeho povrchu sa objavovala iba dočasne, keď sa uvoľnila z napätej kôry či sa roztopil pôdny ľad sopečnou činnosťou. Druhá časť zastáva teóriu, že Mars bol v minulosti teplejší s hustejšou atmosférou, ktorá umožňovala výskyt oceánu tekutej vody dlhšie časové obdobie.
Podľa tejto teórie sa predpokladá, že v minulosti bol povrch Marsu zaplavený oceánom, ktorý sa rozkladal najskôr na severnej pologuli v oblasti nížin, keďže južná časť planéty je tvorená tzv. Južnými vysočinami. Tento oceán existoval v období noachianu. Vplyvom ochladzovania planéty počas hesperianu došlo k jeho zamrznutiu. Povrchová voda sa premenila na ľad a časť nej zrejme unikla aj do kozmického priestoru.
Následné zvetrávacie procesy na povrchu Marsu pochovali časť ľadu pod zvetralinový plášť.
Vďaka fotografickým snímkam boli na povrchu Marsu rozlíšené areomorfologické pozostatky vodnej činnosti v podobe riečnych korýt, sedimentov, pozostatky zaplavených oblastí či relikty po rýchlom úniku vody z kryosféry Marsu vplyvom vulkanickej aktivity. Predpokladá sa, že jeden podobný obrovský únik vytvoril aj údolie Valles Marineris, ktoré vzniklo v dávnej histórii Marsu. Ďalším príkladom môže byť Cerberus Fossae, u ktorého sa predpokladá vznik pred 5 miliónmi rokov. Prelomenie vyvrhlo vodu do oblasti Elysium Planitia, kde vytvorila ľadové more viditeľné do dnešných dní.
Otvorenou otázkou ostáva, aká zmena spôsobila, že sa klimatické podmienky na povrchu Marsu radikálne zmenili tak, že tečúca voda na jeho povrchu prestala existovať. Podľa niektorých teórií globálnu zmenu spôsobil impakt obrovského telesa, ktoré zmenilo rotačnú dobu či orientáciu rotačnej osi. Ďalšie teórie predpokladajú, že proces bol omnoho pomalší, a že dochádzalo k postupnému znižovaniu sopečnej aktivity, čo viedlo k ochladzovaniu planéty. Časť atmosféry súčasne unikala do okolitého kozmického priestoru, čo celý proces zamrznutia urýchlilo. V súčasnosti sa nedá jasne povedať, čo sa presne v minulosti na Marse stalo. Všeobecnejšia zhoda panuje v tom, že sa na povrchu nachádzala tečúca voda približne pred 4 až 3,5 miliardami rokov.

Rieky

Najľahšie rozpoznateľné útvary vzniknuté tečúcou vodou na povrchu sú pozorované riečne siete, pri ktorých je veľmi dobre viditeľná spádová oblasť, z ktorej vodu získavali. Jednotlivé potoky sa spájajú do riečok a riek, ktoré potom odvádzali vodu z Južných vysočín do severných nížin. Vzniknuté korytá majú zhodné znaky s tými pozemskými, či už ide o zarezávanie do skalného podložia, vzniknuté sedimenty či meandre. Riečne siete napovedajú, že klíma v histórii Marsu musela byť iná ako tá dnešná. Podobné siete vznikajú v oblastiach dostatočne napájaných tečúcou vodou, ktorá na povrch dopadá z atmosférických zrážok. Pre ich vznik tak musel byť Mars teplejší a kvôli premenlivému počasiu umožňovať dážď.
Predpokladá sa, že rieky z povrchu planéty zmizli približne v čase pred 3,5 miliardami rokov. Proti teórii o povrchových riekach hovorí fakt, že niektoré potenciálne riečne údolia nemajú na svojom dne vyhĺbené riečne korytá, ktorými voda prúdi. Niektorí vedci sa domnievajú, že takéto údolia mohli vzniknúť prúdiacou vodou pod zemou a následným zrútením stropu do vzniknutého vodného tunelu.
Zvláštnou skupinou sú obrovské riečiská, ktorá môžu dosahovať 100 až 200 km na šírku a 1 000 až 2 000 km na dĺžku, vyskytujúce sa prevažne na severnej pologuli. Predpokladá sa, že tieto útvary sú výsledkom obrovských záplav, ku ktorým niekoľkokrát na povrchu Marsu došlo. Vznikajú najskôr ako prejav porušenia marťanskej kôry vplyvom impaktov alebo zemetrasení, v ktorej sa nachádzajú obrovské vodné rezervoáre, a následným únikom tejto vody do okolia. Podľa pozorovaní sa zdá, že k týmto udalostiam došlo viackrát v období medzi 2,5 až 1,5 miliardami rokov. Presný mechanizmus nie je dosiaľ známy. Množstvo vody ale mohlo byť tak obrovské, že mohlo umožniť vzniknúť oceán.

Erodované krátery

Krátery, ktoré vznikli na Marse dávnejšie, javia silné známky erózie, a to ako veternej, tak aj vodnej. Krátery, ktoré boli menšie ako 15 km, sú celkom zarovnané a iba veľmi ťažko sa teraz detegujú. Väčšie krátery nesú silné známky tečúcej vody na okrajoch, čo napovedá tomu, že boli vystavené vlhkej klíme so zrážkovou činnosťou. Krátery, ktoré sú mladšie ako 3,5 miliardy rokov, však podobné poškodenie nenesú alebo je omnoho menšie. Je teda možné, že v tejto dobe došlo k ďalšej zmene klímy a že sa planéta stala opäť suchou.
Rýchlosť erózie kráterov je na povrchu Marsu pomerne dobre známy jav popísaný z Mesiaca s presným datovaním vďaka dovezeným vzorkám mesačných hornín. Pri porovnaní javia krátery na Marse omnoho silnejší stupeň erózie. Na Marse síce vanú silné vetry, ktoré tiež spôsobujú eróziu, ale tie nemajú dostatočnú silu pre takto silnú eróziu. K tomu niektoré krátery sú priamo napojené na riečnu sieť a ich dno je vyplnené sedimentami,  či sa v niektorých nachádzajú útvary pripomínajúce riečne delty.

Sedimentárne vrstvy

Na povrchu Marsu sú pozorované oblasti, na ktorých sú rozpoznateľné sedimentárne vrstvy, ktoré nemohli vzniknúť (podľa súčasných znalostí) bez prítomnosti vody. Časti hornín sú prenášané na nové miesta, kde sa začínajú postupne usádzať a vytvárať nové horniny s typickou štruktúrou a textúrou. Usadené horniny na Zemi sú  hlavným zdrojom fosílií. Dá sa predpokladať, že ak na Marse niekedy život existoval, jeho zvyšky by sa mohli nachádzať v týchto oblastiach.
Oblasti, kde sa sedimenty vyskytujú, sú rozosiate po celej planéte na najrôznejších miestach. Najčastejšie sa vyskytujú v impaktných kráteroch v západnej oblasti Arabia Terra, v severnej časti Terra Meridiani, v roklinách Valles Marineris a v severovýchodnej časti panvy Hellas. Niektoré oblasti sú podobné pozemským útvarom, ako napríklad v oblasti Grand Canyon či Painted Desert v Arizone.
Sedimenty vznikali najskôr na dne oceánu alebo jazier, ktoré vyplňovali krátery a ďalšie depresie na povrchu. Ich vznik a vek je spojený s výskytom kvapalnej vody na povrchu, ktorá sa tam nachádzala asi pred 3,5 miliardami rokov. Podobne ako na Zemi tvoria vrstvy podrobné datovanie jednotlivých epoch histórie Marsu.

Súčasnosť

Aktuálne podmienky na povrchu Marsu neumožňujú existenciu tekutej vody v dlhšom časovom horizonte, a tak sa väčšina vody nachádza vo forme ľadu, buď v polárnych oblastiach, permafroste, alebo skrytá v podzemí v forme aquifer. Po jej existencii na povrchu ostali len pozostatky vo forme zaoblených kameňov, korýt, riečisk atď. Mars sa zdá byť v súčasnosti suchým svetom bez tečúcej vody. Táto predstava platila do roku 2000, keď americká sonda Mars Global Surveyor priniesla snímky, ktoré ukázali, že aj v súčasnosti sa tu tečúca voda na krátky čas môže nachádzať. Na vyhotovených fotografiách bola stena kráteru blízko hory Centauri Montes, na ktorej sa objavila nová vrstva sedimentov napovedajúca, že tu došlo ku krátkemu výlevu tekutej vody a jej stekaniu po stene krátera. Prevratný objav oživil špekulácie o preživšom mimozemskom živote.
Pre existenciu kvapalnej vody musia byť splnené niektoré podmienky v podobe tlaku a teploty. Atmosférický tlak musí byť vyšší ako 610 Pa a teplota nad bodom mrazu (teda nad 0,01 °C) dosahovať hodnôt tzv. trojného bodu. Na povrchu Marsu sa hodnoty tlaku pohybujú práve okolo hodnoty 610 Pa či pod touto hranicou a teploty väčšinou hlboko pod bodom mrazu.
Nepatrná časť vody pripadá aj na atmosférickú vodnú paru, ale nemuselo tomu byť vždy tak. Existujú teórie, že väčšina vody ako para unikla z Marsu do okolitého kozmického priestoru, keďže Mars má omnoho slabšie gravitačné pole, a tak častice ľahšie unikajú do okolitého prostredia.
V roku 2018 objavil radar sondy Mars Express jazero s tekutou vodou ukryté pod ľadom na južnej polárnej čiapke. Je v hĺbke 1,5 km a široké asi 20 km. Ide o prvý dôkaz stabilného kvapalného množstva na planéte. V súvislosti s týmto objavom vznikla ďalšia štúdia, ktorá tvrdí, že na roztopenie takéhoto množstva vody je potrebná prítomnosť magnatického komína.

Oblačnosť

Oblačnosť na Marse je tvorená väčšinou kryštálikmi suchého ľadu z oxidu uhličitého, ale sonda Mars Global Sureyor priniesla definitívne dôkazy, že niektoré oblaky sú tvorené aj ľadovými kryštálikmi z vody. Prvé pozorovanie uskutočnila už sonda Mariner 9, ale jej výsledky sa dali interpretovať viacerými spôsobmi. Ich vznik je spojený prevažne so severnou polárnou čiapočkou, ktorá je z väčšej časti tvorená vodným ľadom. Počas marťanskej jari a leta dochádza k evaporácii nad oblasťou čiapočky, vzniku oblačnosti a jej presunu do rovníkových oblastí, kde mraky zmrznú a dopadnú na povrch v podobe ľadových kryštálikov, čím dochádza k vzniku inovate tvorenej zmrznutou vodou. Najväčší výskyt ľadových mrakov nastáva medzi Lₛ = 40 až 150, čo ukazuje na ich sezónny výskyt.

Permafrost

Okrem koncentrácie vody v polárnych čiapočkách sa voda nachádza tiež v podobe večne zamrznutej pôdy tzv. permafrostu, ktorý by sa mohol vyskytovať vo veľkom množstve do oblastí okolo 60° zemepisnej šírky, alebo dokonca v menšom množstve na celej planéte. Odhaduje sa, že by sa mohol skladať až z 50 % z vodného ľadu.
Prvé poznatky o jeho existencii priniesli fotografie vyhotovené sondou Viking. Na ich základe vedci rozpoznali objekty, ktoré pripomínali pozemské oblasti, kde sa permafrost vyskytuje. Na Marse sú to prevažne oblasti, kde sa v minulosti pravdepodobne vyskytoval severný ľadový oceán, oblasť Hellas Planitia, Argyre, dna kráterov, korýt (najmä v oblasti Ares Valley, kde pristál povrchový modul Sojourner sondy Mars Pathfinder). V súčasnosti sú oblasti s permafrostom stabilné, ale ak by došlo k otepleniu povrchu, nastal by rozsiahly kolaps a zosuvy pôdy.

Voda v podzemí

Jadro Marsu je podobne ako to zemské polotekuté a generujúce značné množstvo tepla, ktoré sa vplyvom tepelných prúdov dostáva do vrchnejších oblastí. Plášť a kôra časť tohto tepla získavajú a teoreticky umožňujú v hĺbkach 5 km (na rovníku) až 10 km (na póloch) existenciu oblastí, v ktorých panujú dostatočné teploty pre existenciu tekutej vody. Odhaduje sa, že by táto vrstva mohla byť 50 až 500 metrov silná a obopínať celú planétu.
Analogicky k Zemi sa aj na Marse nachádzajú miesta, kde sa geotermálna energia dostáva bližšie k povrchu. V týchto oblastiach sa voda nachádza menej ako 500 metrov pod povrchom. Niektoré snímky ukazujú, že na mnohých miestach došlo k výlevu podzemnej vody na marťanský povrch. Znamenalo by to, že tekutá voda je omnoho bližšie povrchu ako sa vo všeobecnosti usudzuje. Zaujímavosťou bola snímka z roku 1999 ukazujúci oblasť Noachis Terra, kde bol objavený kráter s viditeľnými stopami výronu podzemnej vody. Teploty v oblasti dosahujú −70 °C, voda sa dostala z hĺbky okolo 100 metrov. Z oblasti, ktorá by mala byť trvalo zamrznutá.

Budúcnosť

Objavenie vody na Marse sa stalo významným faktorom aj pri plánovaní budúcich kozmických misií s ľudskou posádkou k Marsu, keďže to znamená zníženie zásob, ktoré budú nútení astronauti so sebou prepravovať. Naskytuje sa reálna možnosť, že potrebná voda sa bude ťažiť priamo z povrchu Marsu či z polárnych čiapočiek, čo značne ušetrí nákladový priestor. Voda sa bude môcť získavať niekoľkými spôsobmi, či už z regolitu, z permafrostu, z aquifer alebo z polárnych čiapočiek. Na jej získanie bude nutné dodávať teplo, aby došlo k rozpusteniu ľadu na kvapalnú vodu.
Existujú smelé plány, ktoré sa zaoberajú premenou Marsu na človekom obývateľnú planétu – teraformovanie Marsu. Jedným zo základných predpokladov je ohriatie povrchu, vytvorenie hustejšej atmosféry umožňujúcej existenciu kvapalnej vody na povrchu a vytvorenie biosféry. Tento proces je so súčasnými technológiami takmer nemožný. Na jeho uskutočnenie by muselo byť vynaložené extrémne množstvo prostriedkov, ale už dnes vznikajú návrhy, ako túto úlohu zvládnuť. Mnoho týchto projektov sa objavuje vo vedecko-fantastickej literatúre, ako v prípade Trilógia o Marse. Medzi nápadmi, ako rozpustiť vodný ľad, je využitie atómových náloží v podzemí, ohriatie planéty pomocou sústavy zrkadiel, vypustenie špeciálnej zmesi skleníkových plynov do atmosféry a mnoho ďalších odvážnych plánov.

Množstvo vody

Celkové množstvo vody na Marse je veľké. Je viazaná v rôznorodých zdrojoch popísaných vyššie. Teoretické odhady jej celkového množstva sa neustále menia v závislosti na nových poznatkoch sond. Presné vyčíslenie je teda zatiaľ zložité. V roku 2007 NASA uskutočnila odhad množstva vody zachytenej iba v južnej polárnej čiapočke. Podľa počítačového modelu by všetka voda uvoľnená z tejto čiapočky zaplavila celý Mars do výšky okolo 11 metrov. K tomu by bolo nutné pripočítať ešte množstvo vody viazanej v severnej polárnej čiapočke (až 1,2 milióna km³ vody). Ďalej sa odhaduje, že na jeden kilogram marťanského regolitu pripadá až 40 gramov vody.