Woda na Marsie płynęła wcześniej, niż sądziliśmy. Nowe dane z Perseverance

Nowa analiza pomiarów z georadaru łazika Perseverance odsłania pod powierzchnią Marsa ukryte struktury, które komplikują historię tamtejszej wody.

Pod czerwoną, pozornie martwą skorupą Marsa kryje się zapis dawnego krajobrazu pełnego rzek i osadów. Instrumenty łazika NASA pokazały, że w rejonie krateru Jezero woda działała znacznie wcześniej i dłużej, niż wynikało to z obserwacji samej powierzchni.

Mars nie taki suchy w przeszłości. Co znalazł Perseverance pod Jezero?

Krater Jezero wybrano na lądowisko Perseverance nie przez przypadek. Z orbity widać tam klasyczny kształt dawnego ujścia rzeki: wachlarzowaty układ osadów przypominający deltę i ślady dawnego koryta doprowadzającego wodę do wnętrza krateru. Od początku misji naukowcy podejrzewali, że kiedyś istniało tam jezioro zasilane co najmniej jedną rzeką.

Już po lądowaniu w 2021 roku łazik potwierdził te przypuszczenia. Spektrometry wykryły w dnie krateru węglany, czyli minerały typowe dla osadów powstających w obecności wody. Kamery o wysokiej rozdzielczości pokazały natomiast drobną architekturę osadów w samej delcie u zachodniego brzegu Jezero. Na tej podstawie badacze zrekonstruowali epizod stosunkowo późnego, „mokrego” Marsa: było cieplej, atmosfera gęstsza, a ciekła woda swobodnie płynęła po powierzchni.

Przeczytaj również: Erupcja superwulkanu prawie zgasiła ludzkość. Uratowała ich rzeka

Nowe wyniki z georadaru na pokładzie Perseverance sugerują jednak, że wodna historia tego miejsca zaczęła się dużo wcześniej i miała więcej etapów, niż wskazywały na to same skały odsłonięte na powierzchni.

Georadar na Marsie: jak łazik „widzi” pod powierzchnią?

Aby zajrzeć głębiej, inżynierowie NASA dali Perseverance instrument znany z prac geofizycznych, budowlanych i archeologicznych na Ziemi: radar penetrujący grunt, czyli georadar. Tego typu urządzenia na co dzień skanują fundamenty, nasypy drogowe czy stanowiska archeologiczne, bez potrzeby wiercenia i kopania.

Przeczytaj również: Blue Origin chce chronić Ziemię przed asteroidami. Oto plan NEO Hunter

Zasada działania jest zaskakująco prosta. Antena wysyła w grunt krótkie impulsy fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości. Te fale rozchodzą się w skałach i osadach, a na granicach warstw o innych właściwościach częściowo się odbijają. Zarejestrowany przez odbiornik czas powrotu sygnału pozwala odtworzyć głębokość i kształt kolejnych struktur pod powierzchnią.

Georadar Perseverance „podświetla” podpowierzchniowe warstwy krateru Jezero aż do około 35 metrów głębokości, tworząc coś w rodzaju przekroju przez dawne dno jeziora.

Im wyższa częstotliwość fali, tym dokładniejszy obraz, ale mniejsza głębokość zasięgu. Dla Perseverance dobrano tak parametry, by połączyć rozsądną rozdzielczość z możliwością wglądu na kilkadziesiąt metrów – idealnie, by przeanalizować starsze osady zasłonięte nowszym materiałem.

Przeczytaj również: Norwegowie kopią w ziemi i trafiają na „piwnicę” sprzed 400 lat

Od sejsmiki do georadaru – podobna logika, inne fale

Pod względem idei przypomina to sejsmiczne badania Ziemi, w których używa się fal sprężystych, a nie elektromagnetycznych. Sejsmika pozwala zajrzeć głęboko, nawet na setki kilometrów, ale wymaga silnych źródeł drgań i gęstej sieci czujników. Georadar jest lżejszy, prostszy i idealnie pasuje do mobilnej platformy takiej jak łazik marsjański.

Ukryte kanały i osady: obraz dawnych rzek pod Jezero

Podczas przejazdów po zewnętrznej części krateru Jezero georadar tworzył liniowe przekroje pod powierzchnią wzdłuż trasy łazika. Z ich analizy wynikła zaskakująco złożona budowa osadów do głębokości około 35 metrów.

Badacze rozpoznali tam struktury typowe dla dawnych środowisk rzecznych i deltowych:

• układy warstw nachylonych pod niewielkim kątem, sugerujące dawne zbocza podwodnych „jęzorów” osadowych,
• charakterystyczne soczewkowate kształty, interpretowane jako wypełnione piaskiem koryta starych rzek,
• przemienne pakiety drobno- i gruboziarnistych osadów, jak w systemach, gdzie przepływ wody zmienia się sezonowo.

Badacze rozważają kilka scenariuszy: system meandrujących rzek, stożek napływowy rozlewający się u wylotu dawnej doliny, albo rozgałęzioną sieć rzek w tzw. układzie roztokowym. W każdym z tych przypadków woda musiała płynąć wystarczająco długo, by zbudować duże, grube pakiety osadów, widoczne dziś jako rozległe struktury pod dnem dawnego jeziora.

Warstwy ujawnione przez georadar są starsze niż widoczna z orbity delta w zachodniej części Jezero. To wcześniejsza scena z historii marsjańskich wód powierzchniowych.

Starsze niż znana delta: co mówią daty geologiczne?

W skali czasu geologicznego Marsa naukowcy wyróżniają kilka epok. Dwa najważniejsze okresy dla omawianego regionu pokazuje prosta tabela:

Widoczna z orbity delta w zachodniej części Jezero należy do młodszego epizodu – końcówki Noachian i początku Hesperian. Natomiast struktury rozpoznane w podłożu przez georadar wskazują na aktywny system rzeczny już we wczesnym Noachianie. To przesuwa początek „mokrego etapu” w tym rejonie o setki milionów lat wstecz.

Co to oznacza dla szans na dawne życie na Marsie?

Im dłużej woda utrzymywała się w jednym miejscu, tym większa szansa, że powstało tam stabilne środowisko sprzyjające chemii organicznej i potencjalnym mikroorganizmom. Krater Jezero wpisuje się teraz w ten scenariusz jeszcze mocniej niż do tej pory.

Nowe dane sugerują, że:

• jezioro w Jezero mogło mieć dużo dłuższą historię niż tylko jeden epizod „napełnienia” i „wyschnięcia”,
• rzeki zmieniały bieg, meandrowały, tworzyły kolejne osady i przesuwały granicę delty na przestrzeni milionów lat,
• środowisko wodne istniało już w bardzo wczesnym etapie dziejów planety, kiedy energia słoneczna była nieco inna, a wnętrze Marsa wciąż oddawało dużo ciepła.

Im wcześniej i im dłużej woda utrzymywała się w kraterze Jezero, tym szersze okno czasowe dla procesów, które na Ziemi doprowadziły do powstania życia mikrobiologicznego.

Jeśli w kraterze rzeczywiście działały przez długi czas rzeki, to ich osady mogły zamykać w sobie ślady ewentualnych mikroorganizmów – tak jak na Ziemi piaskowce rzeczne i deltowe nierzadko zawierają skamieniałości lub sygnały chemiczne dawnych biosfer.

Dlaczego trzeba było zajrzeć pod powierzchnię?

Na Marsie erozja wiatrowa przez miliardy lat przeżarła się przez część skał, ale wiele z nich wciąż leży ukrytych. Z orbity widać tylko wierzchnią warstwę, niczym cienką okładkę książki. Tymczasem najciekawsze „rozdziały” bywają schowane głębiej.

Georadar pozwala zmapować tę ukrytą geologię bez użycia wiertła. To szybsze i dużo bezpieczniejsze niż seryjne wiercenie na ślepo. Dzięki takiej „podglądowej tomografii” naukowcy mogą zdecydować, które miejsca nadają się najlepiej na pobranie rdzeni skalnych do przyszłego transportu na Ziemię.

Nowa rola dla georadaru na przyszłych misjach

Sukces instrumentu na Perseverance ma też konsekwencje projektowe. Pokazuje, że lekkie radary penetrujące grunt warto włączać do kolejnych misji nie tylko na Marsa, ale też na inne ciała niebieskie: Księżyc, księżyce Jowisza czy planetoidy. Z ich pomocą można szukać lodu, kieszeni zregolitów o innej gęstości, a nawet potencjalnie niebezpiecznych pustek pod powierzchnią, zanim astronauci postawią tam stopę.

Jak laik może zrozumieć te wyniki? Dwa obrazy z Ziemi

Aby łatwiej wyobrazić sobie sytuację w kraterze Jezero, można sięgnąć do przykładów znanych z Ziemi. Rozległe delty wielkich rzek, takich jak Nil czy Missisipi, składają się z wielu nałożonych na siebie etapów. Rzeka co jakiś czas zmienia główne koryto, odcina stare odnogi, zasypuje część dawnego dna jeziora lub morza, a w innym miejscu buduje nowe stożki osadowe. Z góry widzimy jedno „teraźniejsze” ujście, lecz pod nim kryją się archiwa dawnych faz przepływu.

Podobnie w dorzeczu Wisły, chociaż na mniejszą skalę. Warstwy piasków, żwirów i mułów nad Bałtykiem można czytać jak zapis przesuwających się przez tysiąclecia koryt i brzegów. Georadar na Marsie uchwycił właśnie taki ukryty krajobraz, tylko starszy o kilka miliardów lat.

W praktyce takie dane pozwalają lepiej planować nie tylko dalszą trasę Perseverance, ale także przyszłe lądowiska i miejsca wierceń. Jeśli potwierdzi się, że najstarsze, głęboko położone osady w Jezero rzeczywiście powstały w długotrwałym, stabilnym środowisku rzecznym, to właśnie tam naukowcy będą chcieli szukać najbardziej obiecujących próbek pod kątem śladów dawnego życia.