Een recent onderzoek van ESA's Mars Express en NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) levert nieuw bewijs voor een warme jonge Mars die water op een geologisch lange tijdschaal herbergde. in plaats van in korte episodische uitbarstingen - iets dat belangrijke gevolgen heeft voor de bewoonbaarheid en de mogelijkheid van vorig leven op de planeet.

Hoewel bekend is dat er ooit water op Mars heeft gestroomd, de aard en tijdlijn van hoe en wanneer dit gebeurde, is een grote open vraag binnen de planetaire wetenschap.

De bevindingen volgen een analyse van een regio met relatief glad terrein, zogenaamde inter-kratervlaktes, net ten noorden van het Hellas-bekken. Met een diameter van 2300 km, het Hellas-bekken is een van de grootste geïdentificeerde inslagkraters, zowel op Mars als in het zonnestelsel, en wordt verondersteld zo'n 4 miljard jaar geleden te zijn gevormd.

"Deze vlaktes aan de noordelijke rand van Hellas worden meestal geïnterpreteerd als vulkanisch, zoals we zien met vergelijkbare oppervlakken op de maan, " zei Francesco Salese van IRSPS, Università "Gabriele D'Annunzio", Italië, en hoofdauteur van het nieuwe artikel. "Echter, ons werk wijst anders uit. In plaats daarvan, we vonden dik, wijdverspreide delen van sedimentair gesteente."

Sedimentaire en vulkanische (stollings)gesteenten vormen zich op verschillende manieren - vulkanisch, Zoals de naam al doet vermoeden, actief vulkanisme nodig heeft, aangedreven door de interne activiteit van een planeet, terwijl sedimentair gesteente meestal water nodig heeft. Stollingsgesteente ontstaat wanneer vulkanische afzettingen van gesmolten gesteente afkoelen en stollen, terwijl sedimentatie zich opstapelt naarmate nieuwe sedimentafzettingen lagen vormen die zich verdichten en verharden over geologisch lange tijdschalen.

"Om het soort sedimentaire vlaktes te creëren die we in Hellas vonden, wij geloven dat er ongeveer 3,8 miljard jaar geleden een algemeen waterig milieu in de regio aanwezig was, "zei Salese. "Belangrijk, het moet een lange tijd hebben geduurd - in de orde van honderden miljoenen jaren."

Een vluchtige adolescentie?

Er zijn een aantal sleutelmodellen voor het vroege Mars - beide hebben betrekking op de aanwezigheid van vloeibaar water, maar op heel verschillende manieren.

Sommige studies suggereren dat de vroegste dagen van Mars (de Noachische periode, meer dan 3,7 miljard jaar geleden) een gestaag warm klimaat had, waardoor enorme plassen en stromen water over het oppervlak van de planeet konden bestaan. Deze waterige wereld verloor toen zowel zijn magnetisch veld als zijn atmosfeer en koelde af, veranderen in het droge, droge wereld die we vandaag zien.

Alternatief, in plaats van eeuwenlang een warm klimaat en een met water beladen oppervlak te hebben, Mars kan in plaats daarvan slechts korte, periodieke uitbarstingen van warmte en nattigheid die elk minder dan 10 000 jaar aanhielden, gefaciliteerd door een sputtercyclus van vulkanisme die in de loop der jaren met tussenpozen golfde en afnam.

Beide scenario's zouden enkele van de waterafhankelijke chemie en gesteentemorfologieën kunnen vormen die we over het oppervlak van Mars zien, en hebben aanzienlijke gevolgen voor Mars in zowel geologische zin - hoe de planeet zich vormde en evolueerde, of zijn verleden iets gemeen heeft met dat van de aarde, en de samenstelling en structuur van het oppervlak - en in termen van potentiële bewoonbaarheid.

"Begrijpen of Mars gedurende een lange periode een warmer en natter klimaat had, is een belangrijke vraag in onze zoektocht naar vorig leven op de Rode Planeet, " zei co-auteur Nicolas Mangold van CNRS-INSU, Universiteit van Nantes, Frankrijk.

"Als we kunnen begrijpen hoe het klimaat op Mars evolueerde, we zullen beter begrijpen of het leven ooit had kunnen bloeien, en waar te zoeken als dat zo is. We kunnen ook veel leren over rotsplaneten in het algemeen, wat vooral opwindend is in dit tijdperk van exoplaneetwetenschap, en over onze eigen planeet – dezelfde processen waarvan we denken dat ze belangrijk waren op een jonge Mars, zoals sedimentaire processen, vulkanisme, en effecten, zijn ook cruciaal geweest op aarde."

Van formatie tot erosie

Salese en collega's gebruikten beeld- en spectrobeeldgegevens van Mars Express en MRO om een ​​gedetailleerde geologische kaart te maken van het gebied rond het noorden van Hellas, profiteren van zogenaamde "erosievensters" - geologische formaties die fungeren als natuurlijke "boorgaten" in de vlaktes, dieper materiaal blootleggen (voorbeelden zijn inslagkraters, grijpt, en ontsluitingen).

Deze gegevens toonden aan dat de vlaktes bestonden uit een meer dan 500 meter dikke band van vlak, gelaagd, lichtgekleurde rots. Het gesteente vertoonde verschillende kenmerken die typerend zijn voor sedimentaire afzetting:kistwerk, dat is een soort doosachtige minerale structuur gevormd door erosie; kruisbedden, geïdentificeerd als rotslagen die elkaar kruisen op verschillende hellingen en hellingen; en vlakke gelaagdheid, die zich manifesteert als onderscheiden, bijna horizontale rotslagen die op elkaar liggen. Deze waren naast grote hoeveelheden klei bekend als smectieten.

Kleien zijn opwindende chemicaliën, omdat ze aangeven dat op die plek ooit een natte en dus potentieel bewoonbare omgeving heeft gestaan. Klei kan ook organisch materiaal vasthouden en mogelijk tekenen van leven behouden.

"Deze kenmerken suggereren dat het gesteente niet is ontstaan ​​​​uit lavastroomafzettingen, maar eerder uit sedimentaire processen, wat inhoudt dat de regio ooit relatief lange tijd warme en natte omstandigheden heeft gekend, " zei Salese. "Toen het gelaagde gesteente werd afgezet - tijdens de Noachische periode, ongeveer 3,8 miljard jaar geleden – de omgeving moet gedrenkt zijn geweest in water, met intense vloeistofcirculatie. We denken dat het waarschijnlijk gevormd is in een meer (lacustrine) of stroom (alluviale) omgeving, of een combinatie van beide."

De rots onderging vervolgens een intense periode van vulkanische erosie tijdens de Hesperische periode (3,7 tot 3,3 miljard jaar geleden) en werd bedekt door vulkanische stromen, het creëren van de morfologie die we vandaag zien. De wetenschappers schatten een minimale erosiesnelheid voor deze periode van één meter per miljoen jaar - honderd keer hoger dan de erosiesnelheden die in de afgelopen 3 miljard jaar op Mars zijn geschat.

"Dit is verder bewijs van een langdurige periode van actieve geologische processen op het oppervlak van het vroege Mars, " voegde Mangold toe. "We kunnen onze bevinding ook extrapoleren naar de rest van Mars en er zeker van zijn dat we de evolutie van de planeet als geheel begrijpen - we geloven dat de wereldwijde klimaatomstandigheden van Noachian Mars voldoende waren om aanzienlijk vloeibaar water te ondersteunen."

Kosmische samenwerking

Deze studie gebruikte gegevens van Mars Express en MRO, waardoor de wetenschappers het uiterlijk van de regio konden verkennen, topografie, morfologie, mineralogie, en leeftijd. Specifieker, Met Mars Express-beeldvormingsgegevens konden Salese en collega's de geologie van de vlakte op regionale schaal bestuderen, context bieden voor de observaties op lokale schaal van MRO.

De aanwezigheid van gesteentemorfologieën of mineralen die een natte geschiedenis impliceren, wijzen op mogelijke bewoonbaarheid op die locatie in het verleden - iets dat belangrijk is bij het selecteren van landingsplaatsen en interessegebieden voor toekomstige robot- en potentiële menselijke missies naar Mars.

"Dit werk toont opnieuw het belang aan van succesvolle samenwerking tussen verschillende missies, en samenwerking tussen ESA en NASA, " zei Dmitri Titov, ESA-projectwetenschapper voor Mars Express. "Geen enkele missie zou in staat zijn om de geschiedenis van Mars alleen te onthullen. Door meerdere ruimtevaartuigen en verschillende observatietechnieken te gebruiken, het is mogelijk om allerlei verschillende geologische processen op Mars in al hun complexiteit te karakteriseren, en een vollediger beeld krijgen van de vroege dagen van Mars."

Deze bevinding maakt deel uit van een reeks pogingen om de geschiedenis van Mars en de planeet als geheel te begrijpen, uitgevoerd met Mars Express en andere ruimtevaartuigen - door het vroege klimaat van Mars te bestuderen door de evolutie te onderzoeken van grote meren die ooit over het oppervlak van de planeet bestonden, om het huidige weer van Mars te observeren (inclusief mysterieuze wolken en aurorae), en het karakteriseren van de zakken van magnetisme opgesloten in zijn korst.