Woda na Marsie płynęła znacznie wcześniej. Przełomowe odkrycia łazika Perseverance

Nowe dane z georadaru zainstalowanego na Perseverance pokazują, że okolice krateru Jezero kształtowała woda nie raz i nie w jednej epoce. Pod skałami i pyłem ukrywa się skomplikowana sieć dawnych koryt rzecznych oraz struktur przypominających dawne delty, starszych niż słynny marsjański delta, który skusił naukowców do wyboru tego miejsca lądowania.

Łazik w kraterze, który wyglądał jak dawne jezioro

Jezero nie trafiło na listę celów misji Mars 2020 przypadkiem. Już z orbity widać było charakterystyczny kształt przypominający wyschnięte jezioro z dawną rzeką wpływającą od zachodu. Układ brzegów, ślady dawnego ujścia i osady na dnie sugerowały, że miliardy lat temu była tam woda stojąca i płynąca.

Po lądowaniu w 2021 roku Perseverance szybko potwierdził te przypuszczenia. Spektrometry łazika wykryły na dnie krateru osady bogate w węglany, czyli minerały zwykle powstające w obecności wody. Kamery pokazały z kolei drobiazgową strukturę warstw w zachodnim rejonie delty – piaszczyste i mułowe ławice, zmienne kierunki przepływu, ślady spokojniejszych i gwałtowniejszych faz.

Taki zestaw wskazywał na dawne jezioro zasilane rzeką, w którym przez długi czas gromadziły się osady. To z kolei wzmacniało obraz Marsa jako planety, która kiedyś miała cieplejszy, wilgotniejszy klimat i być może warunki sprzyjające powstaniu prostych form życia.

Przeczytaj również: Dane z łazika Curiosity zmuszają naukowców do jednej odpowiedzi o Marsie

Jak georadar pozwala „zobaczyć” pod czerwony pył

Do tej pory większość tych wniosków opierała się na tym, co można sfotografować na powierzchni. Problem w tym, że erozja, impakty meteorytów i wiatr potrafią mocno zamazać zapis geologiczny. Dlatego konstruktorzy misji postanowili wyposażyć łazik w instrument dobrze znany z Ziemi – radar do badań podpowierzchniowych, tzw. georadar.

Jego działanie jest proste, choć technicznie wymagające. Nadajnik wysyła w grunt krótkie impulsy fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości. Gdy fala trafia na granicę między warstwami o innych właściwościach – na przykład między piaskiem a zwięzłą skałą – część energii wraca do odbiornika. Mierząc czas powrotu i natężenie sygnału, naukowcy budują przekrój tego, co kryje się pod łazikiem.

Przeczytaj również: Księżycowy lód pod znakiem zapytania. Nowe dane studzą kosmiczny entuzjazm

Georadar Perseverance „prześwietla” marsjański grunt do około 35 metrów głębokości, dając coś w rodzaju tomografii podziemnej architektury osadów.

Częstotliwość użytych fal decyduje o kompromisie: im wyższa, tym lepsza szczegółowość, ale mniejsza głębokość. W przypadku Jezero zespół postawił na rozwiązanie pośrednie, pozwalające uchwycić całe pakiety osadów, a nie tylko cienkie laminy.

Zaskakujące struktury pod dnem dawnego jeziora

Podczas jazdy wzdłuż zewnętrznej krawędzi krateru Perseverance rejestrował dane radarowe praktycznie bez przerwy. Analiza tych zapisów pokazała, że pod luźnymi osadami i blokami skalnymi kryje się znacznie bardziej złożona „układanka” niż prosty dawny zbiornik wodny.

Przeczytaj również: NASA szykuje atomowy statek na Marsa. Start najpóźniej w 2028 roku

Naukowcy odczytali w danych ślady:

• starych koryt rzecznych wcinających się w starsze warstwy,
• struktur przypominających delty tworzone tam, gdzie płynąca woda wpływa do spokojniejszego zbiornika,
• rozszerzających się stożków osadowych podobnych do stożków napływowych znanych z obszarów górskich na Ziemi,
• układów osadów sugerujących sieć wielu rozdzielających się i łączących z powrotem koryt, czyli tzw. rzeki roztokowe.

Zestaw tak różnych, ale spójnych form wskazuje na bardzo długą i zmienną historię przepływu wody w tej okolicy. Zamiast pojedynczego epizodu „jeziornego” widać kilka faz aktywności rzecznej, przeplatających się z okresami spokoju, wysychania i ponownego nawadniania terenu.

Woda na Marsie dużo wcześniej, niż pokazuje widoczny delta

Kluczowy wniosek z tych analiz dotyczy wieku zaobserwowanych struktur. Geolodzy porównują wzory z georadaru z mapami powierzchni oraz z dobrze poznanymi formami rzecznymi na Ziemi. Z takiego „porównawczego śledztwa” wynika, że najstarsze zarejestrowane systemy rzeczne mogły działać już na początku tzw. ery noachijskiej, czyli około 4,2–3,7 miliarda lat temu.

To okres, w którym Mars dopiero kształtował swoją skorupę w obecnej formie i intensywnie bombardowały go asteroidy. Widoczny dziś z orbity zachodni delta w Jezero jest młodszy – wiąże się raczej z końcówką noachijskiego etapu i początkiem kolejnego, zwanego hesperyjskim, około 3,7–3,5 miliarda lat temu.

Nowe dane sugerują, że woda krążyła w rejonie Jezero setki milionów lat dłużej, niż pokazywał sam widoczny z orbity delta.

Taka rozciągnięta w czasie aktywność ma ogromne znaczenie dla oceny potencjalnej zamieszkiwalności Marsa. Dłuższa obecność ciekłej wody zwiększa szansę, że proste organizmy, jeśli powstały, mogły nie tylko się pojawić, ale też przetrwać i zróżnicować.

Co to mówi o klimacie dawnego Marsa

Skład osadów wskazuje, że rzeki w kraterze Jezero nie były krótkotrwałymi strumieniami po pojedynczych ulewach. Do uformowania tak dużych pakietów warstw w deltach i stożkach napływowych potrzeba długotrwałego zasilania w wodę, regularnych przepływów i stabilnego cyklu klimatycznego.

Z badań wcześniejszych misji wiadomo, że dawna atmosfera Marsa musiała być gęstsza niż dzisiaj i zawierała sporo gazów cieplarnianych, które utrzymywały wyższą temperaturę powierzchni. Wyniki z georadaru dobrze wpasowują się w ten obraz: jeśli woda krążyła w regionie Jezero tak długo, potrzebowała stabilnych warunków termicznych, by nie zamarzać całkowicie i nie znikać w przestrzeń kosmiczną.

Dlaczego Jezero staje się „gorącym” celem w poszukiwaniu życia

Dla naukowców zajmujących się astrobiologią ważne są dwie rzeczy: obecność ciekłej wody i czas jej trwania. Jezero po nowych analizach wypada korzystnie w obu kategoriach. Zróżnicowane środowiska – od rzek o zmiennym przepływie, przez spokojniejsze jeziora, po okresy przesuszenia – tworzą wiele nisz, które na Ziemi sprzyjały powstawaniu i utrzymaniu prostych organizmów.

Dodatkowo długie okresy osadzania materiału stanowią idealne archiwum. Warstwy mułów i piasków mogą przechowywać chemiczne ślady dawnej aktywności biologicznej, tzw. biosygnatury. Jeśli na Marsie kiedykolwiek istniały mikroorganizmy, osady w Jezero mają szansę zatrzymać ich ślady w postaci charakterystycznych proporcji izotopów, specyficznych związków organicznych czy mikroskopijnych struktur powstałych przez działanie komórek.

Perseverance nie tylko analizuje skały na miejscu, lecz także zbiera próbki, które w przyszłej misji mają wrócić na Ziemię do dokładnych badań laboratoryjnych.

Georadar jako „przewodnik” przy wyborze próbek

Nowe obrazy podpowierzchniowe nie są jedynie ciekawą wizualizacją. Pozwalają zespołowi misji lepiej planować trasę i wybierać najciekawsze miejsca do wiercenia oraz pobierania próbek. Jeśli georadar pokazuje na przykład strefę gwałtownej zmiany struktury osadów, może to oznaczać przejście między dwoma etapami klimatycznymi. Taka granica bywa szczególnie bogata w zapis chemiczny.

Dzięki temu każda kolejna rurka wypełniona marsjańskim rdzeniem skalnym ma większą szansę nieść informacje nie tylko o lokalnej historii danego głazu, ale o całym regionie i jego długotrwałej ewolucji.

Co jeszcze można wyczytać z fal elektromagnetycznych

Georadary na Ziemi stosuje się od lat w bardzo różnych dziedzinach. Pomagają znajdować podziemne korytarze, badać konstrukcje mostów, mapować zasięg zsuwów terenu czy szukać stanowisk archeologicznych bez kopania. Marsjańska wersja instrumentu wykorzystuje to samo podejście, tylko w znacznie trudniejszym środowisku – przy niższym ciśnieniu, dużych różnicach temperatur i zapyleniu.

Ta technika ma na Czerwonej Planecie szerokie perspektywy. W przyszłych misjach podobne radary mogą służyć nie tylko geologom, lecz także ekipom przygotowującym załogowe wyprawy. Z ich pomocą łatwiej zlokalizować zasoby lodu gruntowego, ocenić stabilność podłoża pod przyszłe bazy czy wybrać miejsca bez ukrytych zagrożeń, takich jak puste kawerny.

Warto przy tym pamiętać, że samo wykrycie dawnych struktur rzecznych nie wystarcza, by mówić o istnieniu życia. Potrzebne są precyzyjne badania chemiczne, dokładne datowanie próbek i porównanie z innymi regionami planety. Rejon Jezero jest teraz jednym z lepiej rozpoznanych obszarów Marsa, ale marsjańska historia wody zapewne kryje jeszcze wiele epizodów w innych kraterach i dolinach.

Dla czytelników może być też ciekawa pewna analogia. Georadar działa trochę jak domowy aparat USG, tylko zamiast fal dźwiękowych używa fal elektromagnetycznych, a zamiast ludzkiego ciała „ogląda” skały i piaski. Różne barwy i kształty na obrazach nie są więc przypadkową mozaiką, lecz odzwierciedleniem rzeczywistych granic między warstwami, ich wilgotności, porowatości czy zawartości minerałów. To z takich subtelnych różnic zespół Perseverance odtwarza dziś bardzo dawną, dynamiczną historię marsjańskich wód.