Mars skrywa dawne rzeki. Nowe dane z Perseverance zmieniają obraz wody na planecie

Pod powierzchnią Marsa kryje się zapis dawnego krajobrazu pełnego rzek i osadów, zupełnie innego niż to, co widzimy dziś.

Rover Perseverance zajrzał w głąb gruntu w kraterze Jezero i natrafił na ukryte struktury osadowe. Sygnały z georadaru pokazują, że woda płynęła tam znacznie wcześniej, niż sądzono na podstawie słynnego widocznego dziś delty, a ten fragment Czerwonej Planety mógł być „mokry” przez bardzo długi czas.

Jezero – dawne jezioro, ale z historią dłuższą niż delta

Miejsce lądowania Perseverance w 2021 roku nie było przypadkowe. Już zdjęcia orbitalne sugerowały, że krater Jezero to pozostałość po starożytnym jeziorze, zasilanym przez rzekę wpadającą od zachodu. Charakterystyczny wachlarz osadów przypomina delty znane z Ziemi, choćby z ujścia Missisipi.

Bardzo szybko po lądowaniu łazik potwierdził te przypuszczenia. W skałach na dnie krateru wykryto minerały węglanowe, które dobrze zachowują ślady interakcji z wodą. Kamera i instrumenty spektroskopowe pokazały też skomplikowaną budowę samej delty, warstwa po warstwie, jak w gigantycznym przekroju geologicznym.

Te dane pozwoliły odtworzyć obraz Marsa sprzed miliardów lat jako planety cieplejszej i dużo bardziej wilgotnej, z obiegiem wody przypominającym ziemski – z rzekami, jeziorami, a może nawet krótkotrwałymi morzami. Nowe wyniki idą jednak krok dalej i przesuwają początki tej „mokrej” epoki jeszcze głębiej w przeszłość.

Georadar na Marsie – jak Perseverance skanuje grunt

Aby zrozumieć, co kryje się pod powierzchnią, inżynierowie wyposażyli Perseverance w georadar – instrument dobrze znany z badań na Ziemi. Korzystają z niego geofizycy, geotechnicy czy archeolodzy, którzy chcą zobaczyć układ warstw bez kopania w ziemi.

Zasada działania jest prosta. Nadajnik wysyła w grunt fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Fale wędrują przez różne warstwy z odmienną prędkością, po czym odbijają się od granic między materiałami o innych właściwościach fizycznych. Odbite sygnały wracają do odbiornika zamontowanego na tym samym instrumencie.

Analiza czasu między wysłaniem a powrotem sygnału pozwala zrekonstruować „przekrój” podłoża – niczym prześwietlenie gruntu na kilkadziesiąt metrów w głąb.

Głębokość, do której da się zajrzeć, zależy od wybranej częstotliwości: im wyższa, tym dokładniejszy obraz, ale mniejszy zasięg. W przypadku Perseverance udało się sięgnąć do około 35 metrów pod aktualną powierzchnię krateru. Na Marsie to wyjątkowo cenne, bo wiercenie na takie głębokości jest na razie poza zasięgiem robotów.

Co pokazały podpowierzchniowe „zdjęcia” z krateru Jezero

Podczas przejazdów wzdłuż zewnętrznego brzegu Jezero georadar systematycznie „podglądał” to, po czym jechał łazik. Naukowcy otrzymali pasy danych przypominające tomografię terenu, z których można odczytać układ warstw, ich nachylenie, grubość oraz nagłe zmiany struktury.

W analizie, opublikowanej w „Science Advances”, badacze wyróżnili kilka charakterystycznych układów osadów. Widać ślady dawno zasypanych koryt rzek, złożonych struktur deltaicznych oraz sekwencje warstw, które na Ziemi wiąże się z systemami rzecznymi o zmiennym przepływie.

• struktury przypominające meandrujące koryta rzeczne, stopniowo przemieszczające się w bok,
• stożkowe nagromadzenia materiału kojarzone z dawnymi stożkami napływowymi (takimi jak te u wylotu górskich dolin),
• układy pasm sugerujące rzeki płynące w wielu rozgałęzionych ramionach, tzw. rzeki roztokowe.

Zestawiając to z obrazami z orbity i z powierzchni, zespół doszedł do wniosku, że pod dzisiejszą deltą kryje się starszy system rzeczny. Oznacza to, że woda zorganizowana w sieci rzek kształtowała ten rejon wcześniej, zanim powstała obecnie widoczna delta w zachodniej części krateru.

Woda na Marsie wcześniej, dłużej i w większej ilości

Kluczowy wniosek z nowych danych dotyczy wieku tych starożytnych struktur. Wszystko wskazuje na to, że pierwsze środowisko rzeczno–jeziorne w Jezero pojawiło się już na początku okresu nazywanego Noachem, czyli pomiędzy około 4,2 a 3,7 miliarda lat temu.

Dla porównania, delta widoczna dziś z orbity ma być młodsza i wiąże się z późnym Noachem oraz początkiem kolejnego etapu – Hesperianu, datowanego mniej więcej na 3,7–3,5 miliarda lat. Nowe dane sugerują więc, że „wodny epizod” w tej części Marsa nie był krótkim, jednorazowym zrywem klimatu, ale raczej długą serią zdarzeń.

Rejon krateru Jezero mógł być przyjazny dla chemii życia przez znacznie dłuższy okres, niż sądzono dotychczas.

Im dłużej woda krąży po powierzchni planety, tym więcej szans na tworzenie złożonych związków organicznych i stabilnych nisz, w których mogłyby przetrwać mikroorganizmy. Dla astrobiologów to jasny sygnał, że próbki zebrane przez Perseverance w tej okolicy mogą mieć wyjątkową wartość, kiedy wreszcie trafią do ziemskich laboratoriów.

Dlaczego akurat georadar jest tak przełomowy

Analiza zdjęć powierzchniowych pozwala dostrzec kształty dolin czy delta, ale mówi mało o ich wewnętrznej budowie. Georadar dodaje drugi wymiar – głębokość – i umożliwia odtworzenie historii kolejnych etapów nagromadzenia osadów.

Dla badaczy Marsa to narzędzie z kilku powodów bardzo cenne:

Technika ta od lat sprawdza się przy poszukiwaniu stanowisk archeologicznych, starożytnych koryt rzek czy pustynnych jezior zakopanych pod wydmami. Teraz to samo podejście przeniesiono na inną planetę, co mocno zwiększa ilość informacji możliwych do uzyskania bez fizycznego wiercenia w skałach.

Co to znaczy dla szans na życie na Marsie

Jeśli w Jezero rzeki i jezioro istniały bardzo wcześnie i przez długi czas, rośnie prawdopodobieństwo, że panowały tam stabilne warunki sprzyjające życiu mikrobiologicznemu. Stała obecność płynącej wody, dostawy osadów mineralnych i możliwe reakcje chemiczne na styku wody i skał tworzą środowisko podobne do tego, w którym na młodej Ziemi rozwijały się pierwsze formy życia.

Nowe wyniki pomagają też zawęzić obszary, gdzie warto szukać śladów biologicznych. Zamiast patrzeć wyłącznie na widoczną dziś deltę, naukowcy kierują uwagę na starsze struktury, ukryte głębiej. To tam mogą leżeć osady gromadzone w warunkach jeszcze korzystniejszych – na przykład w długowiecznych korytach rzek, gdzie drobne cząstki mułu mogły zatrzymywać i chronić delikatne sygnały biologiczne.

Noach, Hesperian i geologiczna oś czasu Marsa

Warto wyjaśnić, czym są nazwy używane przy opisie marsjańskiej przeszłości. Naukowcy dzielą historię Czerwonej Planety na kilka głównych etapów geologicznych. Dwa kluczowe dla tej historii to:

• Noach – najstarszy z tych okresów, od około 4,1 do 3,7 miliarda lat temu. Mars był wtedy bardziej aktywny geologicznie, a ślady erozji przez wodę są w nim najpowszechniejsze.
• Hesperian – czas między 3,7 a mniej więcej 3 miliardami lat. Klimat stawał się suchszy, aktywne doliny rzeczne stopniowo zanikały, a dominować zaczęły procesy związane z wulkanizmem i erozją przez wiatr.

To, że Jezero miało środowisko wodne już na początku Noachu, znaczy, że woda pojawiła się tam w jednym z pierwszych etapów historii planety, i trwała na tyle długo, by zapisać się w złożonej sekwencji osadów.

Co może się wydarzyć w kolejnych latach misji

Perseverance ma jeszcze przed sobą wiele kilometrów jazdy i liczne odwierty. Georadar pomoże wybierać miejsca, w których warto wiercić i pobierać próbki. Ziemskie laboratoria będą później analizować minerały, strukturę ziaren, a także ewentualne ślady związków organicznych uwięzionych w skałach.

Dla projektantów przyszłych misji robotycznych i załogowych obecne wyniki to także praktyczna lekcja. Pokazują, że sens ma wysyłanie na Marsa kolejnych instrumentów zdolnych do obrazowania podłoża – nie tylko georadarów, ale też sejsmometrów czy bardziej zaawansowanych wierceń. Im lepiej poznamy podziemny „archiwum” planety, tym łatwiej będzie wybrać miejsca lądowań, gdzie inżynierowie połączą cele naukowe z bezpieczeństwem sprzętu i ludzi.

W tle pozostaje jedno pytanie, które napędza większość badań Marsa: czy w tych starych osadach faktycznie utrwaliły się ślady czegoś żywego. Dzisiejsze pomiary georadarem nie dają jeszcze odpowiedzi, ale wskazują dokładniej, gdzie warto jej szukać – a to na tym etapie najcenniejsza wskazówka, jaką może dać Czerwona Planeta.