مریخ دارای حداقل دو سفره آب زیرزمینی باستانی است

 مریخ و آب. بشر هرگز تصور نمی‌کرد این دو با یکدیگر همراه شوند تا اینکه مشخص شد این سیاره‌ی سرخ به ظاهر خشک، دارای منابع آبی عظیمی است. هنوز تاریخچه‌ی آبی مریخ مشخص نیست و طبق کشف جدید دانشمندان، حداقل دو منبع مجزای آبی کهن زیر سطح مریخ وجود دارد که هر کدام خواص شیمیایی متفاوتی دارند.

یافته‌ی فوق نشان می‌دهد، مریخ برخلاف زمین دارای یک اقیانوس سراسری بزرگ از ماگمای زیرزمینی نبوده است که در سراسر سیاره توزیع شود. به گفته‌ی جسیکا بارنز، دانشمند سیاره‌ای دانشگاه آریزونا:

افراد بسیاری برای محاسبه‌ی تاریخ آبی مریخ و پاسخ به این پرسش‌ها تلاش کرده‌اند. آب مریخ از کجا آمده است؟ تا چه مدت روی پوسته یا سطح آن بوده است؟ منبع آب زیرزمینی مریخ کجاست؟ آب در مریخ چه اطلاعاتی درباره‌ی نحوه‌ی شکل‌گیری و تکامل مریخ آشکار خواهد کرد؟

پاسخ به پرسش‌های فوق را باید در سنگ‌های مریخ جستجو کرد؛ فعلا انسان به طور مستقیم به این سنگ‌ها دسترسی ندارد و حتی هیچ مأموریتی برای بازگشت نمونه‌ها به زمین تا کنون انجام نشده است؛ اما در هر صورت مریخ به ما نزدیک شده است.

در طول تاریخ، شهاب‌سنگ‌هایی که با پوسته‌ی مریخ برخورد کرده‌ بودند به سمت زمین تغییر مسیر دادند. پژوهشگرها در آزمایشگاه‌های زمینی با آخرین فناوری‌ها به دقت به بررسی شهاب‌سنگ‌ها پرداختند. نمونه‌ی Allan Hills 84001 در ۱۹۸۴ در جنوبگان و نمونه‌ی Northwest Africa 7934 در سال ۲۰۱۱ در صحرای آفریقا کشف شدند. پژوهشگرها به بررسی ایزوتوپ‌های هیدروژن محصور در سنگ‌های مریخی پرداختند. ایزوتوپ‌ها، عناصری یکسان با عدد نوترونی متفاوت هستند؛ دوتریوم یا هیدروژن سنگین دارای یک پروتون و یک نوترون است، پروتیوم یا هیدروژن سبک دارای یک پروتون است و نوترون ندارد.

از آنجا که هیدروژن یکی از عناصر سازنده‌ی آب است، نسبت دو ایزوتوپ فوق می‌تواند به دانشمندان در درک تاریخچه‌ی آبی مریخ کمک کنند. در واقع ایزوتوپ‌های هیدروژن مانند نوعی فسیل آبی عمل می‌کنند که با تحلیل آن‌ها می‌توان به فرآیندهای شیمیایی متعدد و منشاء آن‌ها پی برد. این اولین بار نیست که بارنز و تیم او به بررسی ایزوتوپ‌های هیدروژن در شهاب‌سنگ‌های مریخی می‌پردازند. هدف آن‌ها دستیابی به اطلاعاتی درباره‌ی وضعیت آبی مریخ است؛ اما نتایج قبلی پراکنده و ناسازگار بودند.

عنصر پروتیوم، متداول‌ترین ایزوتوپ هیدروژن روی زمین است. این مسئله برای جو زمین، هیدروژن آب موجود در سنگ‌ها و سنگ‌های اقیانوسی هم صدق می‌کند. در مریخ، دوتریوم، ایزوتوپ غالب هیدروژن در جو است زیرا پرتوهای خورشیدی، به مرور زمان پروتیوم را از جو مریخ حذف کرده‌اند اما نسبت ایزوتوپ موجود در سنگ‌های تست‌شده از شبه مریخی تا شبه زمینی متغیر هستند.

بنابراین بارنز و تیمش تصمیم گرفتند شهاب‌سنگ‌های مریخی را با دقت بیشتری بررسی کنند. طبق پژوهش‌های فروپاشی رادیواکتیو، نمونه‌ی آلان هیلز ۸۴۰۰۱، تقریبا ۳.۹ میلیارد سال پیش با مایعات روی پوسته‌ی مریخ در تعامل بوده است. طبق تحلیلی مشابه، نمونه‌ی Northwest Africa 7034 هم تقریبا ۱.۵ میلیارد سال قبل با مایعات واکنش داشته است.

بارنز و تیم او پس از اجرای آزمایش تحلیل ایزوتوپی، متوجه شدند نسبت ایزوتوپ در هر دو نمونه‌ی کشف‌شده، یکسان هستند و دقیقا بین نسبت آب در زمین و نسبت جو مریخ قرار دارند. علاوه بر این، نسبت به دست‌آمده مشابه نسبت موجود در سنگ‌‌های جوانی بود که در تحلیل‌های مریخ‌نورد کریاسیتی به دست آمده بود. طبق نتایج فوق، ترکیب شیمیایی آب مریخ تقریبا به مدت ۳.۹ میلیارد یکپارچه بوده است. این نتیجه برخلاف پژوهش‌های گذشته، غیرمنتظره بود. بارنز می‌گوید:

شهاب‌سنگ‌های مریخی تقریبا همه جا هستند؛ بنابراین تلاش برای محاسبه‌ی میزان آب موجود در گوشته‌ی مریخ بر اساس این نمونه‌ها، همیشه چالش‌برانگیز بوده است. تفاوت زیاد داده‌های پوسته ما را تشویق کرد به پژوهش‌های علمی بازگردیم و داده‌ها را بررسی کنیم.

اما وقتی پژوهشگرها به مقایسه‌ی نتایج با پژوهش‌های قبلی ایزوتوپ هیدروژنی گوشته‌ی مریخی پرداختند، متوجه چیزی عجیب شدند. شهاب‌سنگ‌های گوشته به دو گروه مجزای سنگ آذرین به نام شرگوتیت تقسیم می‌شدند. شرگوتیت غنی‌شده دارای مقدار بیشتری دوتریوم است در مقابل میزان دوتریوم در شرگوتیت تقلیل‌یافته کمتر است. با به دست آوردن میانگین دو نمونه، نسبت ایزوتوپ پوسته در نمونه‌های Allan Hills 84001 و Northwest Africa 7034 به دست می‌آید.

دو خاصیت شیمیایی مجزا نشان‌دهنده‌ی دو منبع آب مجزا در گوشته‌ی مریخ هستند که با یکدیگر ادغام نشده‌اند؛ و این یعنی برخلاف زمین، اقیانوس سراسری ماگمای مایع زیر گوشته‌ی مریخ، در یکپارچه‌سازی لایه‌ی فوقانی نقشی نداشته است. به گفته‌ی بارنز:

این دو منبع متفاوت آب زیرزمینی مریخ می‌توانند اطلاعاتی را درباره‌ی انواع سنگ‌های ادغام شده در لایه‌های زیرین سیاره ارائه دهند. این اطلاعات برای درک سکونت‌پذیری گذشته و اخترزیست‌شناسی مریخ ضروری است.