Hvorfor Jezero-krateret er det mest spennende stedet på Mars

Når NASAs Perseverance-rover lander på Mars denne uken, vil den begynne en av de mest ambisiøse vitenskapelige bestrebelsene man kan tenke seg: Å lete etter bevis på at livet en gang utviklet seg i en fremmed verden. Forskere er ganske sikre på at det ikke bor noe på Mars nå, men de tror det kunne ha vært det på et tidspunkt i planetens historie – og roveren besøker et sted kalt Jezero-krateret for å lære mer.

Du har kanskje hørt at utholdenhet er leter etter tegn på gammelt liv, og du har kanskje til og med hørt at det er på vei til Jezero fordi det er et hovedmål i det søket.

Men hvorfor er forskere så interessert i å gå til dette bestemte stedet? Hvordan gjetter du hvor livet kan ha utviklet seg for millioner eller milliarder av år siden, på en fremmed planet? Hva gjør Jezero så spesiell?

Vi snakket med en ekspert på Mars-geologi, Katie Stack Morgan fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, for å finne ut av det.

Jakten på livet er i gang

Hovedtrekket til Jezero-krateret er deltaavsetningen i nærheten. For millioner av år siden hadde Mars rikelig med flytende vann på overflaten, og landskapet var oversådd med elver og daler. Det betydde at kratere som Jezero fylte seg opp med vann, og når vann strømmet inn i krateret fra en elv, dannet det et delta som kan sammenlignes med Mississippi-deltaet på jorden.

Deltaer er utrolige mål for å lete etter tegn på liv, både fordi de gir en behagelig miljø for at livet kan oppstå og fordi de konsentrerer organisk materiale på en måte som gjør det lettere å oppdage.

Imidlertid, som i utgangspunktet alle aspekter av Mars-utforskning, er det ikke fullt så enkelt som å finne en struktur som ser ut som et delta og jakte gjennom det. Det er fordi det er vanskelig å fortelle historien til vannet på en planet som nå er så tørr.

Når vi ser på indikatorer på at det en gang var vann, "er spørsmålet vi har: Var det vannet der lenge?" Stack Morgan forklarte. For å skape forhold som bidrar til fremveksten av liv slik vi forstår det, ville de beste forholdene være varmt, grunt vann som holder seg i tusenvis av år eller lenger. En kort flom av vann som raskt fordamper vil ikke kutte den.

Stack Morgan sammenlignet denne situasjonen med et sted i staten hennes, Death Valley i California. Det er stort sett tørt der, men det regner av og til – og når det gjør det, sitter vannet i bassenger i noen dager og kan danne strukturer som kalles alluviale vifter før det fordamper.

Etter at alt vannet har fordampet bort, ser alluviale vifteavsetninger mye ut som deltaavsetninger. Men de er dannet av perioder med vann på overflaten som er for korte til å støtte fremveksten av liv. Så det er det store spørsmålet: Når vi ser disse vifteformene på Mars, er de deltaer eller alluviale vifter?

Det er her Jezeros hemmelige våpen kommer inn. Krateret har en utløpsdal, en dyp canyon skåret ut av vann som rant ut av krateret når det hadde fylt seg opp og flommet over. På grunn av tilstedeværelsen av denne utløpsdalen, kan forskere være sikre på at det ikke bare var litt vann i Jezero: Det var nok til at krateret kunne fylles opp og til at overflødig vann skar seg ut over lang tid.

"Det er det som gjør Jezero så spennende for oss," sa Stack Morgan. "For i tillegg til å ha det vi tror er et delta, har vi også uomtvistelige bevis på at det var en innsjø der, fordi vi har utløpsdalen."

Den utløpsdalen er en spesiell sjeldenhet. Det er mange andre kratere på Mars med det som ser ut til å være deltaer, som Gale-krateret der Curiosity-roveren utforsker, men de har ikke utløp. Som et resultat kan forskere aldri være helt sikre på at det de ser virkelig er en indikasjon på at vann har vært tilstede i lang tid.

I Jezero kan forskerne derimot være sikre på at krateret fylte seg opp med vann og rant over, og at det hadde vann i det som omtales som en geologisk betydningsfull tidsperiode. Når det kom til oppgaven med å velge et landingssted for Perseverance, "er den ekstra sikkerheten det som bidro til å sette Jezero over målstreken," sa Stack Morgan.

Utholdenhet har som mål å lande rett foran dette deltaet for å begynne å lete etter tegn på liv.

Skilt i steinene

Hvis Perseverance finner bevis for at det en gang var liv på Mars, er det usannsynlig at det ser ut som et komplett fossil av en kompleks organisme som en trilobitt. Livet på planeten har kanskje aldri kommet så langt inn i sin utvikling. I stedet vil bevis på liv mest sannsynlig ta form av et fossilisert ark av bakterier kalt en mikrobiell matte.

"Mikrober er i stand til å etterlate seg tegn som er større enn mikroskopiske," forklarte Stack Morgan. "Det er en av de store tingene med dem."

Vi har funnet sammenlignbare fossiliserte mikrobielle matter på jorden, som danner særegne former i bergarter i lag mellom sedimenter. Det er andre, ikke-organiske måter disse formene kan dannes på, så det er ikke lett å si om en gitt form ble dannet spesifikt av livet. Men ved å se på ledetråder som tykkelsen på forskjellige lag over og under den potensielle matten og om disse samsvarer til hva som kan forventes av de fysiske forholdene, kan geologer utlede om de sannsynligvis ble skapt av liv skjemaer.

"Hvis vi med utholdenhet skulle finne en overbevisende kandidat for en fossilisert mikrobiell matte, med organiske stoffer vekslende i forskjellige lag, med mineraler som silika eller jern, mineraler som vi vet at mikrober liker å bruke i sine livsprosesser og stoffskifte, og vi så at vekslende på en måte som ellers ikke var forventet, da ville jeg vært glad, sa hun før hun korrigerte seg selv. "Ikke bare glad, det ville være århundrets underdrivelse! Jeg ville føle at vi hadde funnet et tegn på gammelt liv på Mars.»

Et karbonatmysterium

Deltaet er ikke det eneste stedet som Perseverance vil jakte på livet. En annen funksjon i nærheten av Perseverances landingssted er forekomster av karbonatmineraler som er identifisert fra bane. Disse saltene dannes fra reaksjoner av karbondioksid i atmosfæren og vann på overflaten.

"Vi har steder på jorden hvor dette skjer, som Bahamas," forklarte Stack Morgan. «Når du tenker på Bahamas, er det varmt, grunt vann som er fullt av rev. Og selv om vi ikke vet at det var skjær på Mars, er det en lignende interesse for karbonater som et astrobiologisk mål, fordi hvis karbonater dannes i vann, er det avgjørende for støtter livet." Tilstedeværelsen av karbonater antyder at vannet som var i Jezero-krateret ikke var for surt, og kunne ha vært et behagelig miljø for livet å blomstre.

Ikke bare det, men karbonater er også utmerket til å bevare livstegn. Så jakt gjennom disse forekomstene er et flott sted å lete etter eldgammelt liv, men det er et annet geologisk spørsmål på linjen også. Mars-atmosfæren består hovedsakelig av karbondioksid og pleide å være tykkere enn den er i dag, og vi vet på en gang at det var rikelig med flytende vann på overflaten. Men avleiringer av karbonat på overflaten er sjeldne. "Så det har vært dette spørsmålet om hvor er alle karbonatene?" sa Stack Morgan. "Hvis vi en gang hadde denne tykkere, CO2-rike atmosfæren, er det dette manglende karbonatspørsmålet."

Å finne svar på det spørsmålet kan hjelpe oss å forstå historien til marsklimaet. "Vi studerer karbonater her på jorden for å finne ut ting som: Var det varmt eller kaldt i Proterozoikum for 3 milliarder år siden? Karbonater er veldig gode til å bevare klimasignaler," sa hun. "Så karbonater er veldig spennende for oss, både fra et astrobiologisk perspektiv og deres tilknytning til livet, men også som registratorer av utviklingen av det eldgamle klimaet på Mars."

En tidslinje for marshistorien

Å finne bevis på eldgammelt liv på en annen planet ville være en ekstraordinær vitenskapelig prestasjon, men det er mer Jezero kan fortelle forskere. Et vedvarende mysterium om Mars er nøyaktig hvor gamle fjellformasjonene er, og nøyaktig når forskjellige hendelser i dens geologiske historie – som perioden da det var vann på overflaten – faktisk skjedde.

For å prøve å forstå den geologiske historien til Mars, ser geologer på kratere som Jezero, som er dannet av slaghendelser, og prøv å modellere hvor gamle nedslagene sannsynligvis har vært, basert på nedslagskratere vi har observert andre steder som måne.

"Vi er i stand til å datere dem i en relativ forstand ved å bruke kraterkronologi fra månen og prøver oss hentet tilbake fra Apollo," sa Stack Morgan, "men det er en ekstrapolert ting vi har søkt på Mars. Det er mange spørsmål om når ting faktisk skjedde på Mars»

For å svare på disse spørsmålene er geologer desperate etter å få tak i en prøve av vulkansk stein. Dette dannes når smeltet lava stivner til en fast stein, og det er uvurderlig for datering fordi de kan lese når denne overgangen fra lava til stein skjedde. Det kan gi en nøyaktig dato for hendelser som de to nedslagene som skapte krateret.

Jezero har disse vulkanske bergartene rett i nærheten av elvedeltaet. Så Perseverance vil øse opp en prøve og forsegle den i et rør for eventuell retur til jorden under Mars Sample Return-program, og geologer vil endelig kunne finne en tidslinje for Mars historie.

De eldste bergartene på Mars eller Jorden

Det er imidlertid ikke bare historien til Mars vi kan lære om. Vi kan til og med lære om historien til hele solsystemet.

Mars var veldig aktiv i sin tidlige historie, og den har noen ekstremt eldgamle bergarter fortsatt synlige på overflaten. Vi kan se noen av disse rundt kanten av Jezero-krateret i enorme avsetninger på størrelse med hus, kalt megabreccia, som ble skutt opp i luften av støtet som skapte krateret. Disse bergartene antas å være i nærheten av fire milliarder år gamle, noe som gjør dem ikke bare til noen av de eldste bergartene på Mars, men potensielt enda eldre enn de eldste bergartene på jorden.

Det er fordi jorden har et aktivt indre, med platetektonikk som resirkulerer bergarter og ødelegger mye av steinrekorden. Det indre av Mars er imidlertid tektonisk inaktivt, så bergarter der varer mye i mye lengre perioder.

"På Mars er 50 prosent av planeten tre og en halv milliard år gammel eller eldre. Så det er denne omfattende registreringen av tidlig solsystemtid bevart på Mars som bare ikke er her på jorden, sa Stack Morgan. "Mars er et flott sted å gå for å lære om det tidlige solsystemet."

Magien til Jezero

Hvert av de ulike miljøene har noe å tilby forskere: Deltaet for å lete etter eldgamle liv, karbonatavsetningene for lære om marsklimaet, vulkanske bergarter for dateringsperioder i Mars historie, og de eldste bergartene for å lære om den tidlige solenergien system.

Deltaer har også en annen nyttig funksjon, siden de er fulle av steiner fra andre steder som ble båret av elven. "Delta tjener dette virkelig store formålet med å samle steinprøver fra lange avstander, langt utenfor krateret. På noen måter har elven og deltaet gjort steinsamlingen vår for oss, sa Stack Morgan.

Selv om disse bergartene ikke har konteksten som en in-situ prøve ville, lar de forskerne få en glimt av mangfoldet av eldgamle bergarter som fantes i et mye større område enn en rover muligens kunne utforske.

Og det er magien til Jezero – den har alle disse målene, som hver vil være uvurderlige på egen hånd, alle nær nok til å bli besøkt av én rover.

"Du kombinerer karbonatene og potensialet de har, deltaavsetningen og innsjøavsetningene er et flott sted å lete etter tegn på eldgammelt liv, og så har du de vulkanske bergartene. Og alt dette er innenfor traversene til Perseverance-roveren, sa Stack Morgan. "Du har alle disse tingene innen rekkevidde av et enkelt Mars-oppdrag."

Touchdown er nært forestående

Som en spesiell plassering kan du lure på hvorfor NASA ikke har sendt en rover til Jezero før – som Curiosity-roveren som for tiden utforsker Gale-krateret. Det er fordi Jezero tidligere var utilgjengelig på grunn av utrygge landingsforhold. Jezero har funksjoner som sanddyner, bratte bakker og mange spredte steiner, noe som ville ha skapt en landingsfare for tidligere rovere.

Men utholdenhet er bevæpnet med en nytt landingssystem, kalt Terrain Relative Navigation, som bruker et kamera og kart om bord for å identifisere et trygt sted å lande selv blant disse farene. Landingsteknologien har nå blitt så sofistikert at forskere kan velge det mest interessante stedet for utforskning, og ingeniører kan si at de er sikre på at de kan lande roveren der.

Likevel er en roverlanding fortsatt en intrikat, enormt kompleks operasjon som alle krysser fingrene for. Stack Morgan sa at hun var en "nervekule" når det gjaldt landingen, men er veldig spent på at roveren skal starte sitt oppdrag.

Med så mye potensiell oppdagelse som hviler på roverens robotskuldre, vil vi også krysse fingrene for en sikker landing og et vellykket oppdrag.

Redaktørenes anbefalinger

• En kosmologisk pendling: Den vanskelige logistikken ved å sette mennesker på Mars
• Perfeksjonerende fremdrift: Hvordan vi får mennesker til Mars
• Kraftverk på andre planeter: Hvordan vi genererer elektrisitet på Mars
• Høsting av hydrering: Hvordan fremtidige nybyggere vil skape og samle vann på Mars
• Astroagriculture: Hvordan vi skal dyrke avlinger på Mars