Nye beviser for en varmere og vådere tidlig Mars

En nylig undersøgelse fra ESA's Mars Express og NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) giver nye beviser for en varm ung Mars, der var vært for vand over en geologisk lang tidsskala, frem for i korte episodiske udbrud – noget, der har vigtige konsekvenser for beboelighed og muligheden for tidligere liv på kloden.

Selvom vand er kendt for at have strømmet på Mars, arten og tidslinjen for, hvordan og hvornår det gjorde det, er et stort åbent spørgsmål inden for planetarisk videnskab.

Resultaterne følger en analyse af en region med relativt jævnt terræn, kaldet inter-krater sletter, lige nord for Hellas-bassinet. Med en diameter på 2300 km, Hellas-bassinet er et af de største identificerede nedslagskratere både på Mars og i solsystemet, og menes at være dannet for omkring 4 milliarder år siden.

"Disse sletter på den nordlige kant af Hellas tolkes normalt som værende vulkanske, som vi ser med lignende overflader på Månen, " sagde Francesco Salese fra IRSPS, Università "Gabriele D'Annunzio", Italien, og hovedforfatter på det nye papir. "Imidlertid, vores arbejde indikerer noget andet. I stedet, vi fandt tyk, udbredte dele af sedimentær sten."

Sedimentære og vulkanske (magmatiske) bjergarter dannes på forskellige måder – vulkanske, som navnet antyder, har brug for aktiv vulkanisme drevet af en planets indre aktivitet, mens sedimentær sten normalt kræver vand. Kulagtig sten er skabt som vulkanske aflejringer af smeltet sten, der køler og størkner, mens sedimentære opbygninger som nye aflejringer af sediment danner lag, der komprimerer og hærder over geologisk lange tidsskalaer.

"For at skabe den slags sedimentære sletter, vi fandt ved Hellas, vi mener, at et generelt vandigt miljø var til stede i regionen for omkring 3,8 milliarder år siden, " sagde Salese. "Vigtigt, det må have varet i en lang periode - i størrelsesordenen hundreder af millioner af år."

En flygtig teenageår?

Der er et par nøglemodeller for tidlig Mars – begge involverer tilstedeværelsen af ​​flydende vand, men på vidt forskellige måder.

Nogle undersøgelser tyder på, at Mars' tidligste dage (den noachiske periode, for over 3,7 milliarder år siden) havde et konstant varmt klima, hvilket gjorde det muligt for store bassiner og vandløb at eksistere på tværs af planetens overflade. Denne vandige verden mistede derefter både sit magnetfelt og atmosfære og kølede ned, forvandles til det tørre, tørre verden, vi ser i dag.

Alternativt kan i stedet for at være vært for et varmt klima og vandfyldt overflade i evigheder, Mars har måske i stedet kun oplevet korte, periodiske udbrud af varme og fugt, der varede i mindre end 10 000 år hver, lettet af en sputterende cyklus af vulkanisme, der med mellemrum steg og aftog gennem årene.

Begge scenarier kunne danne nogle af de vandafhængige kemier og stenmorfologier, vi ser på tværs af Mars' overflade, og har betydelige konsekvenser for Mars i både geologisk forstand – hvordan planeten dannedes og udviklede sig, om dens fortid har noget tilfælles med Jordens, og dens overflades sammensætning og struktur – og med hensyn til potentiell beboelighed.

"At forstå, om Mars havde et varmere og vådere klima i en lang periode, er et nøglespørgsmål i vores søgen efter tidligere liv på den røde planet, "sagde medforfatter Nicolas Mangold fra CNRS-INSU, Nantes Universitet, Frankrig.

"Hvis vi kan forstå, hvordan marsklimaet udviklede sig, vi får en bedre forståelse af, om livet nogensinde kunne have blomstret, og hvor man skal lede efter det, hvis det gjorde det. Vi kan også lære meget om klippeplaneter generelt, hvilket er særligt spændende i denne æra af exoplanetvidenskab, og om vores egen planet – de samme processer, som vi tror har været vigtige på en ung Mars, såsom sedimentære processer, vulkanisme, og påvirkninger, har også været afgørende på Jorden."

Fra dannelse til erosion

Sales og kolleger brugte billed- og spektrobilleddata fra Mars Express og MRO til at skabe et detaljeret geologisk kort over området omkring det nordlige Hellas, drage fordel af såkaldte "erosionsvinduer" - geologiske formationer, der fungerer som naturlige "borehuller" ned i sletterne, afsløre dybere materiale (eksempler inkluderer nedslagskratere, grabens, og udspring).

Disse data viste, at sletterne var sammensat af et over 500 meter tykt bånd af flade, lagdelt, lys klippe. Klippen viste flere karakteristiske træk ved sedimentær aflejring:boksarbejde, som er en type kasselignende mineralstruktur dannet ved erosion; kryds-sengetøj, identificeret som klippelag, der krydser hinanden ved forskellige hældninger og hældninger; og plan stratificering, som viser sig som distinkt, næsten vandrette lag af sten, der ligger oven på hinanden. Disse var foruden store mængder lerarter kendt som smectitter.

Ler er spændende kemikalier, da de indikerer, at der engang har eksisteret et vådt og dermed potentielt beboeligt miljø på det pågældende sted. Ler kan også fange organisk materiale og potentielt bevare tegn på liv.

"Disse karakteristika tyder på, at klippen ikke er dannet fra lavastrømsaflejringer, men snarere fra sedimentære processer, hvilket indebærer, at regionen engang oplevede varme og våde forhold i relativt lang tid, "sagde Salese." Da den lagdelte sten blev aflejret - i den noachiske periode, for omkring 3,8 milliarder år siden – dets omgivelser må have været gennemblødt i vand, med intens væskecirkulation. Vi tror, ​​at det sandsynligvis er dannet i en sø (lakustrin) eller vandløb (alluvial) miljø, eller en kombination af begge. "

Stenen gennemgik derefter en intens periode med vulkansk erosion i den Hesperiske periode (3,7 til 3,3 milliarder år siden) og var dækket af vulkanske strømme, skabe den morfologi, vi ser i dag. Forskerne estimerer en minimumserosionshastighed for denne tidsperiode på en meter pr. million år - hundrede gange højere end de erosionsrater, der er anslået på Mars i de sidste 3 milliarder år.

"Dette er yderligere bevis på en længere periode med aktive geologiske processer på overfladen af ​​det tidlige Mars, " tilføjede Mangold. "Vi kan også ekstrapolere vores fund til resten af ​​Mars og være sikre på, at vi forstår udviklingen af ​​planeten som helhed - vi mener, at de globale klimaforhold på Noachian Mars var tilstrækkelige til at understøtte betydeligt flydende vand."

Kosmisk samarbejde

Denne undersøgelse brugte data fra Mars Express og MRO, som gjorde det muligt for forskerne at udforske regionens udseende, topografi, morfologi, mineralogi, og alder. Mere specifikt, Mars Express billeddannelsesdata gjorde det muligt for Salese og kolleger at studere sletternes geologi på regional skala, giver kontekst for de lokale observationer fra MRO.

Tilstedeværelsen af ​​stenmorfologier eller mineraler, der indebærer en våd historie, peger mod mulig beboelighed på det sted i fortiden - noget, der er vigtigt i udvælgelsen af ​​landingssteder og områder af interesse for fremtidige robot- og potentielle menneskelige missioner til Mars.

"Dette arbejde viser igen vigtigheden af ​​et vellykket samarbejde mellem forskellige missioner, og samarbejde mellem ESA og NASA, "sagde Dmitri Titov, ESA-projektforsker for Mars Express. "Ingen mission ville være i stand til at afsløre Mars' historie alene. Ved at bruge flere rumfartøjer og forskellige observationsteknikker, det er muligt at karakterisere alle mulige forskellige geologiske processer på Mars i al deres kompleksitet, og få et mere fuldstændigt overblik over Mars' tidlige dage."

Dette fund er en del af en række bestræbelser på at forstå Mars' historie og planeten som helhed, udført ved hjælp af Mars Express og andre rumfartøjer – fra at studere Mars' tidlige klima ved at undersøge udviklingen af ​​store søer, der engang eksisterede på tværs af planetens overflade, at observere Mars 'nuværende vejr (herunder mystiske skyer og auroraer), og karakteriserer magnetismens lommer, der er låst inde i dens skorpe.