W pierwszym roku eksploracji krateru Jezero na Marsie łazik Perseverance zebrał próbki skał, które według naukowców zapewnią długo oczekiwany harmonogram geologicznej i wodnej historii planety.
Będą musieli po prostu poczekać dekadę, aby znaleźć odpowiedź, aż próbki zostaną pobrane z powierzchni i zwrócone na Ziemię w celu datowania w 2033 roku.
Naukowcy są jednak zachwyceni tym, co do tej pory odkryli na temat próbek. Odkrycia te zostały opisane w artykule, który ukaże się 25 sierpnia w czasopiśmie Science, z bardziej szczegółowymi analizami w drugim artykule Science i dwóch innych artykułach opublikowanych w Internecie jednocześnie w Science Advances.
Krater Jezero, położony na północ od równika marsjańskiego, był celem misji NASA Mars 2020 i jej łazika Perseverance, ponieważ zawierał coś, co wyglądało jak delta rzeki, która uformowała się wewnątrz dna jeziora, a zatem może potencjalnie powiedzieć naukowcom, kiedy woda płynęła na planecie powierzchnia. Według geochemika Davida Shustera, profesora nauk o Ziemi i planetologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, skały zebrane z dna krateru leżą pod osadami delty, więc ich wiek krystalizacji będzie stanowić górną granicę formowania się delty.
„Kiedy ta delta została zdeponowana, jest jednym z głównych celów naszego programu zwrotu próbek, ponieważ określi to ilościowo, kiedy jezioro było obecne i kiedy występowały warunki środowiskowe, które mogły być podatne na życie”, powiedział Shuster, który jest członek zespołu naukowego NASA ds. pobierania próbek, jeden z trzech głównych autorów artykułu naukowego podsumowującego pracę oraz współautor dwóch z trzech pozostałych artykułów.
Dwoma innymi głównymi autorami podsumowania artykułu naukowego są geochemik Kenneth Farley z Caltech, naukowiec projektu Perseverance oraz zastępca naukowca projektu Mars 2020, Katherine Stack Morgan z NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL).
Główną niespodzianką, powiedział Shuster, jest to, że skały zebrane z czterech miejsc na dnie krateru Jezero są skałami magmowymi kumulacyjnymi – to znaczy, że powstały w wyniku chłodzenia roztopionej magmy i są najlepszymi skałami do precyzyjnej geochronologii po pobraniu próbek. wrócili na Ziemię. Pokazują również dowody na to, że zostały zmienione przez wodę.
„Z perspektywy pobierania próbek jest to ogromne” – powiedział. „Fakt, że mamy dowody na wodne przemiany skał magmowych – są to składniki, którymi ludzie są bardzo podekscytowani, jeśli chodzi o zrozumienie warunków środowiskowych, które potencjalnie mogły wspierać życie w pewnym momencie po uformowaniu się tych skał”.
„Jedną wielką wartością skał magmowych, które zebraliśmy, jest to, że powiedzą nam o tym, kiedy jezioro było obecne w Jezero. Wiemy, że znajdowało się tam później niż powstały skały dna krateru magmowego” – powiedział Farley. „To odpowie na kilka głównych pytań: kiedy klimat Marsa sprzyjał powstawaniu jezior i rzek na powierzchni planety? A kiedy zmienił się w bardzo zimne i suche warunki, które obserwujemy dzisiaj?”
Przed misją geolodzy spodziewali się, że dno krateru jest wypełnione osadem lub lawą, czyli stopioną skałą, która rozlała się na powierzchnię i szybko ostygła. Ale w dwóch miejscach określanych jako Séítah – co w Navajo oznacza „pośród piasku” – wydaje się, że skały uformowały się pod ziemią i powoli ostygły. Najwyraźniej wszystko, co je pokrywało, uległo erozji w ciągu ostatnich 2,5 do 3,5 miliarda lat.
„Dosłownie debatowaliśmy przez pierwsze dziewięć miesięcy, gdy jeździliśmy po dnie krateru, czy skały, na które patrzymy, to osady, które zostały osadzone w jeziorze, czy skały magmowe” – powiedział. „W rzeczywistości są to skały magmowe. A forma skał magmowych, które znaleźliśmy, jest dość zaskakująca, ponieważ nie wygląda jak zwykła skała wulkaniczna, która wpłynęła do krateru. Zamiast tego wygląda jak coś, co uformowało się na głębokości i stopniowo chłodzone w dużej komorze magmowej.”
Krystaliczna struktura skały magmowej – podobna do granitu z Sierra Nevada, ale o innym składzie io wiele bardziej drobnoziarnistych – wykazywała milimetrowe ziarna oliwinu porośnięte piroksenem, które mogły powstać jedynie przez powolne chłodzenie. Gruboziarnisty oliwin jest podobny do tego obserwowanego w niektórych meteorytach, które, jak się uważa, powstały na Marsie i ostatecznie rozbiły się o Ziemię. Dane potwierdzające to pochodzą z obrazów wielospektralnych i analizy fluorescencji rentgenowskiej wykonanej przez instrumenty na pokładzie Perseverance i są szczegółowo opisane w drugim artykule Science autorstwa głównego autora Yang Liu, geologa planetarnego z JPL.
Miejsca Séítah i Máaz
Według Shustera dane pozwalają na kilka scenariuszy wyjaśniających skały magmowe na dnie krateru.
„Albo skała ostygła pod ziemią i jakoś wynurzyła się z dołu, albo istniało coś w rodzaju jeziora magmy, które wypełniało krater i stopniowo stygło” – powiedział.
Próbki z drugiego pobliskiego miejsca zwanego Máaz – Marsa w języku Navajo – również są magmowe, ale mają inny skład. Ponieważ warstwa ta nakłada się na warstwę skał magmowych odsłoniętą w Séítah, skała Máaz mogła być górną warstwą jeziora magmowego. W jeziorach magmowych na Ziemi gęstsze minerały osadzają się w dół podczas krystalizacji, tworząc warstwy o różnym składzie. Tego typu formacje magmowe nazywane są kumulacjami, co oznacza, że powstały w wyniku osadzania się oliwinu wzbogaconego w żelazo i magnez, a następnie wielostopniowego chłodzenia gęstego ciała magmowego.
Skały magmowe Máaz mogą również pochodzić z późniejszej erupcji wulkanu.
W obu przypadkach górna warstwa, która częściowo uległa erozji, mogła mieć grubość rzędu setek metrów, powiedział Shuster.
Zarówno wolno chłodzone skały w Séítah, jak i potencjalnie szybciej chłodzone skały w Máaz wykazywały zmiany pod wpływem wody, choć na różne sposoby. Skały Máaz zawierały złoża minerałów, które mogły skondensować się ze słonej solanki, podczas gdy skały Séítah reagowały z wodą gazowaną, zgodnie z analizami chemicznymi przeprowadzonymi na pokładzie łazika.
Dokładne czasy, w których utworzyły się te różne warstwy, zostaną ujawnione dopiero dzięki analizie laboratoryjnej na Ziemi, ponieważ narzędzia do analizy geochemicznej wymagane do datowania są zbyt duże, aby można je było umieścić na pokładzie Perseverance.
„Istnieje wiele różnych obserwacji geochemicznych, które możemy wykonać w tych skałach, kiedy zwrócimy je na Ziemię. To da nam wszelkiego rodzaju informacje o tym środowisku magmowym” – powiedział. „Możemy ustalić, kiedy skała się skrystalizowała, co jest jedną z rzeczy, które najbardziej mnie ekscytują, zapewniając ograniczenie czasowe delta. Ale daje nam to również informacje o tym, kiedy we wnętrzu planety występowała aktywność magmowa. W połączeniu z satelitą obrazy, możemy następnie odnieść to do szerszego obrazu, bardziej regionalnej aktywności magmowej”.
Shuster zauważył, że duplikaty próbek skał zostały pobrane w każdym z czterech miejsc i że w ciągu roku zostaną zbuforowane wraz z innymi duplikatami w miejscu awaryjnym w pobliżu delty, aby można było je wykorzystać tylko wtedy, gdy pierwotne próbki na pokładzie Perseverance staną się niedostępne, ponieważ awarii mechanicznej. W tej przyszłej skrytce znajdą się również niedawno zebrane próbki osadów z samej delty, których szczegóły są przygotowywane do przyszłego artykułu naukowego.