Historia Marsa i możliwość, że wspierał życie, od dawna fascynuje naukowców. Kluczem do zrozumienia tej historii jest odkrycie warunków klimatycznych, które panowały na Marsie: czy Mars był ciepły i wilgotny z oceanami i rzekami, czy zimny i lodowaty, co oznaczałoby mniejsze prawdopodobieństwo wspierania życia? Niedawne badanie dostarcza dowodów wspierających ideę zimniejszego i lodowatego Marsa, porównując gleby z Marsa z tymi z Nowej Fundlandii w Kanadzie, znanej z zimnego subarktycznego klimatu.

To badanie, opublikowane 7 lipca w czasopiśmie Communications Earth and Environment, szukało gleb na Ziemi podobnych do tych w kraterze Gale na Marsie. Gleba jest ważna dla rekonstrukcji historii środowiska, ponieważ zawarte w niej minerały mogą ujawniać ewolucję krajobrazów w czasie. Zrozumienie, jak te materiały się formowały, może pomóc w odpowiedzi na długoletnie pytania dotyczące historycznych warunków na Marsie. Gleby i skały w kraterze Gale rejestrują warunki klimatyczne Marsa sprzed 3 do 4 miliardów lat, okresu, w którym na planecie było stosunkowo dużo wody, a na Ziemi pojawiło się życie.

Krater Gale jako paleo jezioro
Anthony Feldman, pedolog i geomorfolog z DRI, wyjaśnia: "Krater Gale był kiedyś jeziorem z wodą. Ale jakie były wtedy warunki środowiskowe?" Feldman podkreśla, że nie znajdzie się bezpośredniego analogu powierzchni Marsa na Ziemi z powodu różnych warunków. Jednak analizując trendy na Ziemi, można spróbować zrozumieć warunki Marsa.

Rover Curiosity NASA bada krater Gale od 2011 roku i znalazł wiele materiałów w glebie znanych jako "materiał amorficzny w promieniach X". Te materiały nie mają typowej struktury atomowej, która definiuje minerały, więc nie można ich łatwo scharakteryzować tradycyjnymi technikami, takimi jak dyfrakcja rentgenowska. Gdy promienie X są kierowane na materiały krystaliczne, rozpraszają się pod charakterystycznymi kątami w zależności od wewnętrznej struktury minerału. Jednak materiał amorficzny w promieniach X nie wytwarza tych charakterystycznych wzorów. Metoda dyfrakcji rentgenowskiej używana przez rover Curiosity wykazała, że materiał amorficzny stanowi od 15 do 73% badanych próbek gleby i skał w kraterze Gale.

Feldman opisuje materiał amorficzny jako "galaretkę", w której elementy i chemikalia swobodnie poruszają się obok siebie. Rover Curiosity przeprowadził również analizy chemiczne próbek gleby i skał, ujawniając, że materiał amorficzny jest bogaty w żelazo i krzem, ale ubogi w aluminium. Naukowcy wciąż nie rozumieją dokładnie, czym jest materiał amorficzny ani co jego obecność oznacza dla historycznych warunków na Marsie. Odkrycie większej ilości informacji na temat tego, jak te materiały formują się i przetrwają na Ziemi, mogłoby pomóc w rozwiązaniu tych pytań.

Feldman i jego koledzy badali trzy lokalizacje w poszukiwaniu podobnego materiału amorficznego w promieniach X: Tablelands w Parku Narodowym Gros Morne na Nowej Fundlandii, Góry Klamath w północnej Kalifornii i zachodnią Nevadę. Te lokalizacje mają gleby serpentynowe, które są chemicznie podobne do tych w kraterze Gale: bogate w żelazo i krzem, ale ubogie w aluminium. Trzy lokalizacje zapewniły różne poziomy opadów, śniegu i temperatury, co pomogło zrozumieć warunki środowiskowe, które tworzą materiał amorficzny i pozwalają na jego zachowanie.

Na każdej lokalizacji zespół badawczy używał analizy dyfrakcji rentgenowskiej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej, aby dokładniej zbadać materiały gleby. Subarktyczne warunki na Nowej Fundlandii wytworzyły materiały chemicznie podobne do tych w kraterze Gale, pozbawione struktury krystalicznej. Gleby w cieplejszych klimatach, takich jak Kalifornia i Nevada, nie wykazały takich wyników.

"To pokazuje, że woda jest potrzebna do formowania tych materiałów," mówi Feldman. "Ale potrzebne są zimne, prawie zamarznięte warunki roczne, aby materiał amorficzny mógł przetrwać w glebie."

Materiał amorficzny jest często uważany za stosunkowo niestabilny, ponieważ atomy nie są jeszcze zorganizowane w swoje ostateczne formy krystaliczne. "Jest coś w kinetyce – szybkości reakcji – co spowalnia organizację atomów i pozwala na zachowanie tych materiałów przez geologiczne skale czasowe," mówi Feldman. "Bardzo zimne, prawie zamarznięte warunki są jednym z czynników umożliwiających formowanie i zachowanie tych materiałów."

Badanie poprawia zrozumienie klimatu Marsa. Wyniki sugerują, że obfitość tego materiału w kraterze Gale jest zgodna z subarktycznymi warunkami podobnymi do tych na Islandii. Feldman i jego zespół planują dalsze badania, aby dokładniej określić warunki, które pozwoliły na zachowanie tych materiałów na Marsie.

Zgodnie z badaniami opublikowanymi w czasopiśmie Nature Communications, odkryto, że Mars ma sezonowe zmiany, które wpływają na klimat i warunki powierzchniowe. Obejmuje to zmiany temperatury i ciśnienia, które mogą wpływać na zachowanie materiału amorficznego. Zespół naukowców analizuje dane z Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), aby lepiej zrozumieć te zmiany. Te dane pomagają przewidywać, gdzie można znaleźć inne kluczowe próbki gleby na Marsie, co mogłoby pomóc w przyszłych misjach badawczych Marsa.

Dodatkowe badania
Naukowcy przeanalizowali również dane zebrane przez lądownik InSight, który badał wnętrze Marsa. Te dane pozwalają na lepsze zrozumienie aktywności sejsmicznej, która wpływa na warunki powierzchniowe. Odkrycia pokazują, że Mars ma aktywne płyty tektoniczne, które wpływają na formowanie i zachowanie materiału amorficznego. Badanie z 2023 roku, opublikowane w Science Advances, wskazuje, że niektóre regiony Marsa są geologicznie aktywne, co dodatkowo wspiera teorię zachowania materiału amorficznego w zimnych warunkach.

Te wyniki nie tylko poprawiają zrozumienie przeszłości Marsa, ale także pomagają w planowaniu przyszłych misji. NASA i ESA planują nowe misje, które skupią się na zbieraniu próbek gleby i ich powrocie na Ziemię. Te próbki mogą dostarczyć kluczowych informacji o chemicznym składzie gleby Marsa i historycznych warunkach klimatycznych.

Badacze z MIT pracują nad opracowaniem nowych technologii do analizy próbek gleby na Marsie. Ich celem jest opracowanie przenośnych laboratoriów, które mogą analizować próbki w czasie rzeczywistym na Marsie, bez konieczności ich powrotu na Ziemię. Te laboratoria będą używać zaawansowanych technik, takich jak spektrometria masowa i fluorescencja rentgenowska, aby dostarczyć szczegółowe analizy chemicznego składu gleby Marsa.

Wyniki tych badań mogą mieć znaczący wpływ na naszą zdolność do zrozumienia historii Marsa i jego potencjału do wspierania życia. W miarę jak naukowcy kontynuują badania Marsa, każde nowe odkrycie przybliża nas do odpowiedzi na pytanie, czy Mars kiedykolwiek wspierał życie i jakie warunki panowały na tej planecie w przeszłości.

Źródło: Desert Research Institute