Dlaczego Krater Jezero jest najbardziej ekscytującym miejscem na Marsie

Kiedy w tym tygodniu łazik NASA Perseverance wyląduje na Marsie, rozpocznie się jedno z najbardziej ambitnych przedsięwzięć naukowych, jakie można sobie wyobrazić: poszukiwanie dowodów na to, że życie ewoluowało kiedyś w obcym świecie. Naukowcy są całkiem pewni, że na Marsie nie ma obecnie nic żywego, ale uważają, że mogło tam być w pewnym momencie historii planety – a łazik odwiedza miejsce zwane Kraterem Jezero, aby dowiedzieć się więcej.

Być może słyszałeś, że wytrwałość w poszukiwaniu śladów starożytnego życia, a być może nawet słyszałeś, że zmierza do Jezero, ponieważ jest to główny cel tych poszukiwań.

Ale dlaczego naukowcy są tak zainteresowani udaniem się do tego konkretnego miejsca? Jak zgadnąć, gdzie życie mogło wyewoluować miliony lub miliardy lat temu, na obcej planecie? Co czyni Jezero tak wyjątkowym?

Aby się tego dowiedzieć, rozmawialiśmy z ekspertką w dziedzinie geologii Marsa, Katie Stack Morgan z Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA.

Trwa polowanie na życie

Główną atrakcją Krateru Jezero jest pobliskie złoże delta. Miliony lat temu na powierzchni Marsa znajdowało się mnóstwo wody w stanie ciekłym, a krajobraz był usiany rzekami i dolinami. Oznaczało to, że kratery takie jak Jezero wypełniały się wodą, a gdy woda wpływała do krateru z rzeki, tworzyła deltę porównywalną do delty Mississippi na Ziemi.

Delty są niesamowitymi celami do poszukiwania oznak życia, zarówno dlatego, że zapewniają wygodę środowisko sprzyjające pojawieniu się życia oraz dlatego, że koncentrują materię organiczną w sposób ułatwiający jej powstawanie wykryć.

Jednak, jak w zasadzie w każdym aspekcie eksploracji Marsa, nie jest to tak proste, jak znalezienie struktury wyglądającej jak delta i przeszukanie jej. Dzieje się tak dlatego, że trudno jest opowiedzieć historię wody na planecie, która jest obecnie tak sucha.

Patrząc na wskaźniki świadczące o tym, że kiedyś była tam woda, „nasuwa się pytanie: czy ta woda tam była przez długi czas?” Stack Morgan wyjaśnił. Aby stworzyć warunki sprzyjające powstaniu życia w naszym rozumieniu, najlepszymi warunkami byłaby ciepła, płytka woda, która pozostaje tam przez tysiące lat lub dłużej. Krótka powódź wody, która szybko wyparowuje, nie pomoże.

Stack Morgan porównała tę sytuację do lokalizacji w jej stanie, Dolinie Śmierci w Kalifornii. Jest tam przeważnie sucho, ale czasami pada deszcz, a kiedy już tak się stanie, woda zalega w basenach przez kilka dni i zanim wyparuje, może utworzyć struktury zwane wachlarzami aluwialnymi.

Po wyparowaniu całej wody osady wachlarzowe aluwialne wyglądają bardzo podobnie do osadów delta. Tworzą je jednak okresy obecności wody na powierzchni, które są zbyt krótkie, aby mogło powstać życie. Oto najważniejsze pytanie: kiedy widzimy te wachlarze na Marsie, czy są to delty czy wachlarze aluwialne?

I tu pojawia się tajna broń Jezero. Krater ma dolinę wylotową, głęboki kanion wyrzeźbiony przez wodę, która wypłynęła z krateru po jego napełnieniu i przelaniu. Ze względu na obecność tej doliny wylotowej badacze mogą być pewni, że nie było tam tylko odrobiny wody Jezero: Było wystarczająco dużo, aby krater się zapełnił, a nadmiar wody wyrzeźbił sobie drogę na długi czas.

„To właśnie sprawia, że ​​Jezero jest dla nas tak ekscytujące” – powiedział Stack Morgan. „Ponieważ oprócz tego, co uważamy za deltę, mamy również niezaprzeczalny dowód na to, że było tam jezioro, ponieważ mamy dolinę wylotową”.

Ta dolina wylotowa to szczególna rzadkość. Na Marsie jest mnóstwo innych kraterów z czymś, co przypomina delty, jak na przykład krater Gale, który bada łazik Curiosity, ale nie mają one ujścia. W rezultacie badacze nigdy nie mogą być całkowicie pewni, że to, co widzą, rzeczywiście wskazuje na obecność wody przez długi czas.

Z kolei w Jezero badacze mogą być pewni, że krater wypełnił się wodą i wylał, a także że znajdowała się w nim woda przez tak zwany okres o znaczeniu geologicznym. Jeśli chodzi o wybór miejsca lądowania dla Perseverance, „ta dodatkowa pewność pomogła Jezero dobiec do mety” – powiedział Stack Morgan.

Celem Perseverance jest wylądowanie tuż przed tą deltą i rozpoczęcie poszukiwania oznak życia.

Znaki w skałach

Jeśli Perseverance znajdzie dowody na istnienie życia na Marsie, jest mało prawdopodobne, że będzie on wyglądał jak kompletna skamielina złożonego organizmu, takiego jak trylobit. Być może życie na planecie nigdy nie osiągnęło tak zaawansowanego etapu ewolucji. Zamiast tego dowód życia najprawdopodobniej miałby postać skamieniałej warstwy bakterii zwanej matą mikrobiologiczną.

„Mikroby są w stanie pozostawić ślady większe niż mikroskopijne” – wyjaśnił Stack Morgan. „To jedna z ich największych zalet”.

Znaleźliśmy na Ziemi porównywalne skamieniałe maty mikrobiologiczne, które tworzą charakterystyczne kształty w skałach w warstwach pomiędzy osadami. Istnieją inne, nieorganiczne sposoby tworzenia tych kształtów, więc nie jest łatwo stwierdzić, czy dany kształt został uformowany specjalnie przez życie. Ale patrząc na wskazówki, takie jak grubość różnych warstw powyżej i poniżej potencjalnej maty i czy są one zgodne zgodnie z tym, czego można by się spodziewać na podstawie warunków fizycznych, geolodzy mogą wywnioskować, czy prawdopodobnie zostały stworzone przez życie formy.

„Gdybyśmy za pomocą Wytrwałości znaleźli przekonującego kandydata na skamieniałą matę mikrobiologiczną, z substancjami organicznymi naprzemiennymi w różnych warstwach, z minerałami takimi jak krzemionka czy żelazo, minerałami, które wiem, że mikroby lubią wykorzystywać w swoich procesach życiowych i metabolizmie i widzieliśmy, że zmieniając się w sposób, którego inaczej się nie spodziewano, byłabym szczęśliwa” – powiedziała, zanim poprawiła się. „Nie tylko szczęśliwy, to byłoby niedopowiedzenie stulecia! Czułbym się, jakbyśmy znaleźli ślad starożytnego życia na Marsie.”

Tajemnica węgla

Delta nie jest jedynym miejscem, w którym Wytrwałość będzie polować na życie. Innym obiektem w pobliżu miejsca lądowania Perseverance są złoża minerałów węglanowych zidentyfikowane na orbicie. Sole te powstają w wyniku reakcji dwutlenku węgla w atmosferze i wody na powierzchni.

„Mamy miejsca na Ziemi, gdzie to się dzieje, np. Bahamy” – wyjaśnił Stack Morgan. „Kiedy myślisz o Bahamach, widzisz ciepłe, płytkie wody pełne raf. I chociaż nie wiemy, czy na Marsie istniały rafy, istnieje podobne zainteresowanie węglanami jako celem astrobiologicznym, ponieważ jeśli węglany utworzą się w wodzie, jest to jednoznaczne podtrzymujące życie.” Obecność węglanów sugeruje, że woda w kraterze Jezero nie była zbyt kwaśna i mogła stanowić wygodne środowisko do rozkwitu życia.

Co więcej, węglany doskonale zachowują oznaki życia. Polowanie w tych złożach to więc świetne miejsce do poszukiwania starożytnego życia, ale w grę wchodzi także inna kwestia geologiczna. Atmosfera marsjańska składa się głównie z dwutlenku węgla i była kiedyś gęstsza niż obecnie. Wiemy też, że w pewnym momencie na powierzchni znajdowało się mnóstwo wody w stanie ciekłym. Jednak osady węglanów na powierzchni są rzadkie. „Pojawiło się więc pytanie, gdzie są wszystkie węglany?” – powiedział Stack Morgan. „Gdybyśmy kiedyś mieli gęstszą atmosferę bogatą w CO2, brakowałoby kwestii węglanów”.

Znalezienie odpowiedzi na to pytanie może pomóc nam zrozumieć historię marsjańskiego klimatu. „Badamy węglany tutaj, na Ziemi, aby dowiedzieć się takich rzeczy jak: Czy w proterozoiku 3 miliardy lat temu było ciepło czy zimno? Węglany naprawdę dobrze chronią sygnały klimatyczne” – stwierdziła. „Dlatego węglany są dla nas naprawdę ekscytujące, zarówno z punktu widzenia astrobiologii i ich związku z życiem, jak i jako rejestratory ewolucji starożytnego klimatu na Marsie”.

Kalendarium historii Marsa

Znalezienie dowodów na starożytne życie na innej planecie byłoby niezwykłym osiągnięciem naukowym, ale Jezero może powiedzieć badaczom jeszcze więcej. Jedną z niezmiennych tajemnic Marsa jest to, ile dokładnie lat mają jego formacje skalne i kiedy dokładnie są różne właściwie wydarzenia w jego historii geologicznej – na przykład okres, w którym na jego powierzchni znajdowała się woda stało się.

Aby zrozumieć historię geologiczną Marsa, geolodzy przyglądają się kraterom takim jak Jezero, które powstają w wyniku uderzeń, i spróbuj wymodelować prawdopodobny wiek uderzeń, opierając się na kraterach uderzeniowych, które zaobserwowaliśmy w innych miejscach, takich jak księżyc.

„Jesteśmy w stanie datować je w sensie względnym, korzystając z chronologii kraterów z Księżyca i próbek, które posiadamy przywiezione z Apollo” – powiedział Stack Morgan – „ale to ekstrapolowana rzecz, do której się zastosowaliśmy Mars. Istnieje wiele pytań o to, kiedy tak naprawdę wydarzyło się coś na Marsie”

Aby odpowiedzieć na te pytania, geolodzy desperacko chcą zdobyć próbkę skały wulkanicznej. Powstaje, gdy stopiona lawa twardnieje, tworząc solidną skałę, i jest bezcenna przy randkowaniu, ponieważ można odczytać, kiedy nastąpiło przejście z lawy w skałę. To może dać dokładną datę wydarzeń takich jak dwa uderzenia, które utworzyły krater.

W Jezero znajdują się skały wulkaniczne tuż przy delcie rzeki. Zatem Perseverance pobierze próbkę i zamknie ją w probówce, aby w końcu wrócić na Ziemię pod powierzchnią programu Mars Sample Return, dzięki któremu geolodzy będą mogli w końcu ustalić harmonogram Marsa historia.

Najstarsze skały na Marsie lub Ziemi

Jednak nie tylko historię Marsa możemy poznać. Być może poznamy nawet historię całego Układu Słonecznego.

Mars był bardzo aktywny w swojej wczesnej historii i na jego powierzchni wciąż widać niezwykle starożytne skały. Niektóre z nich możemy zobaczyć wokół krawędzi krateru Jezero w ogromnych osadach wielkości domu, zwanych megabreccia, które zostały wyrzucone w powietrze w wyniku uderzenia, które utworzyło krater. Uważa się, że te skały mają około czterech miliardów lat, co czyni je nie tylko jednymi z najstarszych skał na Marsie, ale potencjalnie nawet starszymi od najstarszych skał na Ziemi.

Dzieje się tak dlatego, że Ziemia ma aktywne wnętrze, z tektoniką płyt, która przetwarza skały i niszczy większość zapisu skalnego. Wnętrze Marsa jest jednak nieaktywne tektonicznie, więc skały tam przetrwają znacznie dłużej.

„Na Marsie 50 procent planety ma co najmniej trzy i pół miliarda lat. Istnieje więc obszerny zapis wczesnego czasu Układu Słonecznego zachowany na Marsie, którego po prostu nie ma na Ziemi” – powiedział Stack Morgan. „Mars to świetne miejsce, aby dowiedzieć się więcej o początkach Układu Słonecznego”.

Magia Jezero

Każde z różnych środowisk ma coś do zaoferowania badaczom: delta do poszukiwania starożytnego życia, złoża węglanów poznawanie marsjańskiego klimatu, skał wulkanicznych w celu datowania okresów w historii Marsa oraz najstarszych skał, aby poznać wczesne początki Słońca system.

Delty mają jeszcze jedną przydatną cechę, gdyż są pełne skał z innych miejsc, które niosła rzeka. „Delty służą temu naprawdę wspaniałemu celowi, jakim jest gromadzenie próbek skał z odległych odległości, daleko od krateru. W pewnym sensie rzeka i delta pomogły nam w zbieraniu skał” – powiedział Stack Morgan.

Chociaż skały te nie mają kontekstu, jaki miałaby próbka in-situ, pozwalają badaczom uzyskać informacje rzut oka na różnorodność starożytnych skał, które istniały na znacznie większym obszarze, niż mógłby to zrobić łazik badać.

I na tym polega magia Jezero – ma wszystkie te cele, z których każdy byłby bezcenny sam w sobie, a wszystkie są na tyle blisko, że może je odwiedzić jeden łazik.

„Łącząc węglany i ich potencjał, złoże delta i osady jeziorne są doskonałym miejscem do poszukiwania śladów starożytnego życia, a potem mamy skały wulkaniczne. A to wszystko w zasięgu trawersu łazika Perseverance” – powiedział Stack Morgan. „Masz to wszystko w zasięgu jednej misji na Marsa”.

Przyziemienie jest bliskie

Ponieważ jest to tak wyjątkowa lokalizacja, można się zastanawiać, dlaczego NASA nie wysłała wcześniej łazika do Jezero – na przykład łazika Curiosity, który obecnie bada krater Gale. To dlatego, że Jezero było wcześniej niedostępne ze względu na niebezpieczne warunki lądowania. Jezero charakteryzuje się takimi cechami, jak wydmy, strome zbocza i mnóstwo porozrzucanych skał, które stwarzałyby ryzyko lądowania dla poprzednich łazików.

Ale Wytrwałość jest uzbrojona w nowy system lądowania, zwaną nawigacją względną terenu, która wykorzystuje kamerę i mapy pokładowe do identyfikowania bezpiecznego miejsca do lądowania nawet wśród takich zagrożeń. Technologia lądowania stała się obecnie tak zaawansowana, że ​​naukowcy mogą wybrać najciekawsze miejsce do eksploracji, a inżynierowie mogą powiedzieć, że są pewni, że uda im się tam wylądować łazikiem.

Mimo to lądowanie łazika jest w dalszym ciągu skomplikowaną i niezwykle złożoną operacją, za którą wszyscy trzymają kciuki. Stack Morgan stwierdziła, że ​​ma kłębek nerwów w związku z lądowaniem, ale jest bardzo podekscytowana rozpoczęciem misji przez łazik.

Ponieważ na robotycznych ramionach łazika spoczywa tak wiele potencjalnych odkryć, my również będziemy trzymać kciuki za bezpieczne lądowanie i udaną misję.

Zalecenia redaktorów

• Kosmologiczny dojazd: skomplikowana logistyka wysłania ludzi na Marsa
• Udoskonalanie napędu: jak zabierzemy ludzi na Marsa
• Elektrownie na innych planetach: Jak będziemy wytwarzać energię elektryczną na Marsie
• Zbieranie nawodnienia: jak przyszli osadnicy będą tworzyć i gromadzić wodę na Marsie
• Astrorolnictwo: Jak będziemy uprawiać rośliny na Marsie