Perseverance zagląda pod powierzchnię Marsa. Nowe ślady dawnej wody

Rover Perseverance po raz pierwszy tak szczegółowo prześwietlił marsjański grunt w kraterze Jezero, odsłaniając zaskakujące struktury pod powierzchnią.

Nowe dane sugerują, że woda płynęła tam znacznie wcześniej, niż wskazywał słynny delta w zachodniej części krateru. To wydłuża okres, w którym Czerwona Planeta mogła oferować warunki sprzyjające życiu mikroorganizmów.

Dlaczego krater Jezero jest tak ważny dla naukowców

Miejsce lądowania Perseverance wcale nie powstało z przypadku. Na zdjęciach z orbity krater Jezero od dawna wyglądał jak dawne jezioro z wyraźnym śladem delty rzecznej. Układ osadów i kształt krawędzi wskazywały, że w przeszłości wpływała tam rzeka lub większy ciek.

Gdy w lutym 2021 roku łazik NASA dotknął powierzchni Marsa, szybko potwierdził te przypuszczenia. Na dnie krateru wykrył bogate węglanowe osady, a z bliska „obejrzał” skomplikowaną budowę delty przy dawnej ujściowej części rzeki. To pasuje do obrazu Marsa z ciepłym, wilgotnym klimatem, po którego powierzchni swobodnie krążyła woda ciekła.

Te dane dotyczyły jednak przede wszystkim tego, co widać na powierzchni. Geolodzy od lat podejrzewali, że pod warstwą pyłu i skał mogą kryć się starsze zapisane w osadach epizody wodne, niewidoczne dla kamer.

Głęboki „rentgen” Marsa: jak działa georadar na Perseverance

Aby zajrzeć głębiej, inżynierowie wyposażyli Perseverance w instrument dobrze znany z Ziemi – radar do sondowania gruntu, zwany georadarem (GPR, ground penetrating radar). Z takiej technologii korzystają geofizycy, geotechnicy, a nawet archeolodzy, gdy chcą prześwietlić podłoże bez kopania.

Działanie georadaru można opisać w kilku krokach:

• nadajnik wysyła w grunt fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości,
• fale rozchodzą się w różnych warstwach z odmienną prędkością,
• na granicach między warstwami część energii odbija się z powrotem,
• odbite sygnały rejestruje odbiornik, a komputer mierzy czas ich powrotu,
• z tych danych powstaje przekrój struktur znajdujących się pod powierzchnią.

To trochę jak badanie USG, tylko zamiast dźwięku używa się fal elektromagnetycznych. Głębokość „wglądu” zależy od częstotliwości – im jest niższa, tym sygnał sięga głębiej, ale obraz staje się mniej szczegółowy. W przypadku Perseverance udało się zajrzeć nawet na około 35 metrów w głąb marsjańskiego podłoża.

Instrument georadarowy na Perseverance odsłonił warstwy osadów sięgające miliardów lat wstecz, które nie były widoczne na żadnym zdjęciu z orbity.

Ukryte struktury pod kraterem Jezero

W trakcie przejazdów wzdłuż krawędzi zewnętrznej krateru Jezero georadar bez przerwy „skanował” grunt pod kołami łazika. Naukowcy przeanalizowali te dane i zrekonstruowali architekturę osadów znajdujących się pod dzisiejszą powierzchnią.

W wynikach pojawiły się charakterystyczne wzory, które na Ziemi kojarzą się z dawnymi systemami rzecznymi i deltowymi. Badacze zidentyfikowali m.in.:

Całość przypomina złożony system rzeczny: być może meandrującą rzekę z rozległą deltą, rozbudowany stożek napływowy, albo sieć wielu przeplatających się koryt (tzw. rzeki warkoczowe). W każdym z tych scenariuszy potrzeba dużych ilości płynącej wody i dłuższego czasu działania procesów erozyjnych.

Woda na Marsie wcześniej, niż sądzono

Najciekawszy wniosek z pracy badaczy dotyczy wieku zaobserwowanych struktur. Z interpretacji wynika, że te głęboko położone osady uformowały się bardzo wcześnie, na początku ery noachejskiej. Geolodzy szacują ten okres na około 4,2–3,7 miliarda lat temu.

Dla porównania, widoczny dziś delta po zachodniej stronie Jezero ma być młodszy: datuje się go na przełom późnego noachejskiego i wczesnego hesperyjskiego okresu, mniej więcej 3,7–3,5 miliarda lat temu. To oznacza, że w kraterze Jezero woda pojawiała się co najmniej w dwóch dużych „aktach”, oddzielonych potencjalnie wieloma milionami lat.

Region Jezero nie był jednorazowym epizodem z wodą. Dane z georadaru wskazują na dużo dłuższą, wieloetapową historię aktywności hydrologicznej.

Co to zmienia w spojrzeniu na życie na Marsie

Dłuższa obecność wody ciekłej to więcej czasu na pojawienie się i rozwój prostych form życia. Jeśli na Marsie kiedykolwiek działały mikroorganizmy podobne do ziemskich, to właśnie stabilne, długo utrzymujące się środowiska wodne dawały im największą szansę.

Nowe wyniki sugerują, że:

• krater Jezero miał warunki sprzyjające wodzie już bardzo wcześnie w historii planety,
• okres „zamieszkiwalności” tej okolicy mógł trwać znacznie dłużej, niż dotąd zakładano,
• w osadach głęboko pod powierzchnią mogą nadal tkwić chemiczne ślady dawnych procesów biologicznych.

Perseverance nie tylko bada skały na miejscu. Rover wierci, zbiera próbki i hermetycznie je pakuje. W kolejnych misjach NASA planuje ich przywiezienie na Ziemię. Tam czekają już znacznie dokładniejsze laboratoria, zdolne do analizy pojedynczych ziarenek osadu czy mikrośladów związków organicznych.

Czego uczą nas techniki z Ziemi w badaniach Marsa

Historia georadaru na Marsie to również dobra ilustracja tego, jak technologie opracowane dla bardzo praktycznych celów – budownictwa, inżynierii, archeologii – trafiają do kosmosu. Ten sam typ urządzenia, którym na Ziemi lokalizuje się tunele, instalacje podziemne czy pochowane ruiny, pomaga dziś zrozumieć procesy sprzed miliardów lat na innej planecie.

Dla inżynierów misji to ważna lekcja na przyszłość. Skoro niewielki instrument zdołał odsłonić tak bogatą historię pod kraterem Jezero, podobne radary prawdopodobnie staną się standardem na kolejnych robotycznych ekspedycjach. Można je skierować choćby w rejon dawnych lodowców czy innych podejrzanych form terenowych, gdzie woda mogła występować w różnych postaciach.

Jak rozumieć epoki noachejska i hesperyjska

Dla zwykłego czytelnika nazwy marsjańskich epok brzmią dość abstrakcyjnie. W uproszczeniu:

• okres noachejski – najstarszy, bardzo burzliwy czas w historii Marsa, z częstymi uderzeniami asteroid i silniejszą aktywnością wulkaniczną; to wtedy klimat wydawał się bardziej wilgotny,
• okres hesperyjski – faza przejściowa, w której woda na powierzchni stawała się coraz rzadsza, a planeta stopniowo wysychała.

To właśnie na granicy tych epok, albo nawet jeszcze wcześniej, pojawiają się osady w Jezero zarejestrowane przez georadar. Można więc powiedzieć, że Perseverance zagląda do czasów, gdy Mars dopiero zaczynał „tracić” swoje lepsze warunki klimatyczne.

Co dalej z badaniami Jezero i całej Marsa

Aktualne wyniki zachęcają naukowców do bardziej agresywnego planowania przyszłych tras Perseverance. Każdy nowy odcinek, który łazik pokona z włączonym georadarem, to kolejny „przekrój” gruntu. Z czasem powstanie mozaika, która pokaże, jak sieć dawnych rzek i delt rozciągała się w całym regionie.

W szerszej perspektywie takie dane wpłyną na wybór miejsc lądowania kolejnych misji. Jeżeli georadar wskazuje, że dana okolica miała wodę w kilku etapach historii, to rośnie jej atrakcyjność jako cel wypraw szukających śladów dawnych mikroorganizmów. W grę wchodzą zarówno przyszłe roboty, jak i załogowe misje, o których NASA i inne agencje mówią coraz odważniej.

Odczyty z Jezero przypominają też, że Mars nie jest jednorodną, martwą kulą skał. To planeta z własną geologiczną przeszłością, warstwami historii zapisanej w osadach, złożonym obiegiem wody w dawnych epokach i śladami gwałtownych zmian klimatu. Dzięki tak pozornie prostym narzędziom jak georadar ten obraz z każdym rokiem staje się bardziej szczegółowy – a pytanie, czy kiedykolwiek coś tam żyło, nie traci na aktualności.