Da NASA’s lille rover Spirit i 2004 landede i Gusevkrateret på Mars, fik den omgående astronomerne til at spærre øjnene op. Roverens billeder viste forvitrede og smuldrende klipper, som tydeligvis havde været badet i vand gennem så lang tid, at de nærmest så rådne ud.
På den anden side af planeten gjorde Spirits makker Opportunity lige så vigtige opdagelser. I Eaglekrateret fandt roveren aflejringer, som i den røde planets barndom er blevet dannet på bunden af et stort, lavvandet hav.
De to roveres legendariske fotos bekræftede forskerne i deres opfattelse af vandets historie på Mars. Fortællingen lød kort og godt, at planeten i den første milliard år efter dannelsen for 4,5 milliarder år siden havde et varmt klima med floder, søer og have – men at vandet herefter forsvandt og efterlod en knastør, iskold og livsfjendtlig klode.
Den fortælling skal nu skrives om. En ny kortlægning af hele marsoverfladen afslører, at vandets historie på Mars er meget længere og langt mere kompliceret, end astronomerne drømte om.
Mineraler viser vej til vandet
De nye resultater er skabt gennem årelange observationer fra to aldrende satellitter: ESA’s Mars Express, som har været i kredsløb siden 2003, og NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter, som begyndte observationerne i 2005. Først nu har forskerne det fulde overblik over målingerne, og hvad de viser.
Satellitterne har kortlagt overfladens forekomster af en række forskellige mineraler, og målingerne afslører op mod hundredtusind områder, som i lange perioder har stået under vand.
NASA’s satellit Mars Reconnaissance Orbiter (th.) har stillet skarpt på de interessanteste områder af marsoverfladen, som på forhånd var udpeget af ESA’s satellit, Mars Express (tv.).
Flydende vand efterlader aflejringer af ler, som består af små partikler, der synker ned og lægger sig i lag på bunden. Og når vandet senere fordamper fra overfladen, efterlader det store mængder salt.
Til forskernes forbløffelse viser det sig, at saltlagene nogle steder ligger dybere end lerlagene. Det kan kun betyde, at vandet i flere omgange er vendt tilbage efter millioner eller i nogle tilfælde milliarder års udtørring.
“Vi har oversimplificeret Mars. Vandet forsvandt ikke bare fra den ene dag til den næste, men vendte flere gange tilbage gennem kortere eller længere perioder,” siger John Carter fra Aix-Marseille Université i Frankrig – en af hovedmændene bag den omfattende kortlægning.
Nærbilleder gjorde Mars våd
Vores viden om Mars’ våde fortid er kun omkring 50 år gammel. Før da mente planetforskerne, at Mars altid har været en tør ørken ligesom Månen.
Det ændrede sig i 1971, hvor de første nærbilleder fra satellitten Mariner 9 afslørede netværker af floddale på overfladen. Fundet tydede på en våd fortid, hvor regnen er silet ned på den røde planet.
Den spirende erkendelse blev styrket af de to Viking-sonder, som i 1976 gik i kredsløb om Mars og sendte landingsmoduler ned på overfladen. Sonderne fandt flere spor efter rivende floder, som har skåret dybe kløfter i landskabet.
Observationerne afslørede også, at der i planetens barndom var søer i mange meteorkratere, og sonderne fandt endda tegn på, at det enorme nordlige lavland Vastitas Borealis omkring nordpolen engang var dækket af et lavvandet ocean.
For fire milliarder år siden dækkede et op til 1,6 kilometer dybt ocean halvdelen af den nordlige halvkugle på Mars.
Endelig viste Viking-sondernes målinger, at den nordlige iskappe rummer vand i form af is. Senere målinger har vist, at det også gælder sydpolens iskappe.
Teorien om et varmt og vådt klima på Mars i den første milliard år efter dannelsen blev definitivt bevist i 2004, da roverne Opportunity og Spirit landede i gamle kratere og opdagede aflejringer, som kun kan være skabt i vand.
Roveren Opportunity leverede i 2004 de første fotos, som viste aflejringer (indsat) i et fortidigt hav på Mars.
Fire år senere sendte NASA den lille gravko Phoenix til Vastitas Borealis. Med sin skovl skrabede den de øverste centimeter af overfladen og fandt is, som blev efterladt, da oceanet forsvandt.
På det tidspunkt var satellitterne Mars Express og Mars Reconnaissance Orbiter allerede begyndt med den globale kortlægning af overfladen, som nu har gjort vandets historie meget længere.
Satellitter måler varmestråling
Begge satellitter er udstyret med såkaldte spektrometre. Instrumenterne måler den varmestråling, som reflekteres fra overfladen, når den rammes af sollyset. Ud fra strålingens bølgelængder kan forskerne se, hvilke mineraler der må være til stede.
Aflejringer viser vandets historie
De nye satellitmålinger er foretaget med såkaldte spektrometre, som måler den reflekterede stråling fra overfladen. Strålingens bølgelængder sladrer om, hvilke mineraler overfladen består af – og dermed om, hvor der har været vand.
Røde områder: Her har der været lidt vand
Lerpartikler udfældes fra flydende vand og synker ned på bunden. I de områder, hvor der har været små mængder vand, indeholder lerlagene de samme grundstoffer som grundfjeldet – især jern og magnesium.
Blå områder: Her var der masser af vand
I områder, hvor der har været store mængder vand i tusinder eller millioner af år, har vandet forvitret og opløst mere af grundfjeldet. Det aflejrede ler er derfor rigt på vandholdige aluminiumssilikater.
Orange områder: Her fordampede vandet
Vandet i havene, floderne og søerne på Mars var rigt på karbonatsalte, som blev udfældet på bunden, da vandet fordampede. Derfor kan saltene i dag afsløre, hvor der tidligere har været vådområder.
Grønne områder: Her kan der stadig være vand
Saltholdigt vand i fx en sø udfælder salte med såkaldte brintsulfater, når søen udtørrer. Saltene, som indeholder vandmolekyler, udkrystalliseres i undergrunden, hvor de udgør en slags usynligt vandreservoir.
Mars Express har udført en overordnet kortlægning af hele planeten med en opløsning på 200 meter pr. pixel, mens Mars Reconnaissance Orbiter har skabt detaljerede kort over særlig interessante områder med en pixelstørrelse på blot ti meter.
Inden den nye kortlægning kendte vi blot tusind områder, hvor mineralerne i overfladen er dannet i flydende vand. Nu er tallet øget til 94.083.
De vanddannede mineraler er dateret ved at tælle antallet af nedslagskratere i et givet område. Jo færre kratere der er, desto yngre er overfladen. Dateringen viser, at vandet flød på den røde planet så sent som for to milliarder år siden.
At vandet er vendt tilbage til marsoverfladen flere gange gennem planetens historie, viser, at klimaet på Mars i perioder har været væsentlig lunere, end det er i dag, hvor planetens gennemsnitstemperatur ligger på -60 °C.
Flere steder, som her i Jezerokrateret, ligger der aflejringer af ler (rød og blå) oven på aflejringer af salt (orange). Det viser, at vandet har været væk og er vendt tilbage.
Den konklusion blev for nylig underbygget på spektakulær vis af den kinesiske rover Zhurong, som arbejder i Solsystemets største krater, Utopia Planitia.
Roveren er udstyret med en radar, som kan se hele 100 meter ned i undergrunden, og målingerne har afsløret to lag, som begge består af små kampesten i bunden og finere grus i toppen.
De to lag vidner om, at krateret har været udsat for voldsomme oversvømmelser for henholdsvis 3 og 1,6 milliarder år siden.
Den kinesiske rover Zhurong har med radarmålinger afsløret to lag aflejringer under overfladen. Det øverste lag viser, at flydende vand har været til stede på marsoverfladen for 1,6 milliarder år siden.
De kinesiske planetforskere vurderer, at oversvømmelserne kom fra saltholdigt grundvand i form af is, som smeltede og vældede op på overfladen. Det er formentlig sket pga. pludselige opvarmninger, der enten blev udløst af asteroidenedslag eller vulkanudbrud.
Radarmålingerne lægger endnu 400.000 år til vandets historie på Mars. De gode livsvilkår var dermed ikke kun til stede i planetens barndom, men også i varmeperioder milliarder af år senere.
Tynd atmosfære drænede Mars
På trods af de nyopdagede våde perioder sent i Mars’ historie måtte planeten til sidst give slip på sit vand, fordi atmosfæren blev tyndere og tyndere.
Uden en atmosfære til at holde på varmen fra Solen blev den blå klode forvandlet til den røde planet, vi kender i dag.
Den våde planet blev frysetørret
1. Vulkanudbrud holdt vandet flydende
I planetens barndom fyldte vulkanudbrud atmosfæren med CO2, som holdt på solvarmen og dermed på vandet. Store dele af overfladen var dækket af floder, søer og oceaner.
2. Asteroidenedslag udtyndede atmosfæren
For 3,9 milliarder år siden blev Mars bombarderet af asteroider, og rekylen fra nedslagene sparkede masser af CO2 ud af atmosfæren. Også solvinden blæste CO2 væk fra planeten.
3. Det flydende vand blev til damp og is
Udtyndingen af atmosfæren førte til, at planeten gradvist blev frysetørret. Det meste vand fordampede med tiden til rummet. Resten frøs til is, som stadig findes i nogle meteorkratere.
4. Vandreservoirer har overlevet under isen
Begge poler på Mars er i dag dækket af iskapper. Målinger fra satellitten Mars Express tyder dog på, at en gigantisk sø af flydende saltvand gemmer sig under iskappen på sydpolen.
Helt tørlagt er Mars dog ikke. De vandholdige mineraler på overfladen viser, hvor på kloden der sandsynligvis er endnu større forekomster i undergrunden. Derfor kan satellitkortene også få betydning for, hvor vi engang vælger at anlægge bemandede marsbaser.
Hidtil har det førende bud været den nordlige slette Vastitas Borealis, hvor der er is lige under overfladen. Den store ulempe er, at der er ekstremt koldt med temperaturer ned til 97 minusgrader.
Tættere på ækvator er klimaet venligere med temperaturer på mellem 70 minusgrader og 20 plusgrader. Her er der ikke is i undergrunden, men de to satellitters kortlægning tyder på, at slettelandet Meridiani Planum rummer store mængder vandholdige mineraler, som kan tjene som vandforsyning for en marskoloni.
Det store, flade sletteland Meridiani Planum kan blive hjem for de første marsbaser. Lige under overfladen ligger vandressourcer bundet i mineraler.
Satellitobservationerne er ikke kun vigtige for vores forståelse af Mars’ historie og planlægningen af fremtidige marsbaser – de kan også føre os på sporet af fortidigt liv på Mars. Fra Jorden ved vi, at vand er en forudsætning for liv, så satellitternes kort viser, hvor det er mest oplagt at søge efter livstegn.
Et godt eksempel er Jezerokrateret, som har rummet en stor sø og et forgrenet floddelta. Her samler NASA’s rover Perseverance nu borekerner, som skal hentes hjem til Jorden i 2033, så forskerne kan analysere dem grundigt i avancerede laboratorier.
Måske får vi til den tid beviser for, at Mars ikke bare har været en våd, men også en livgivende og frodig planet.
Følg forskernes jagt på marsvæsener
De seneste 25 år har forskerne flere gange fundet livstegn på den røde planet – og hver gang har de måttet erkende, at beviserne alligevel ikke var sikre. Nu sætter de deres lid til boreprøver, som skal hentes hjem til Jorden. Læs om milepælene i jagten på marsliv her.