Ett dolt geologiskt förflutet under Mars röda yta

När forskare analyserar mätningar från georadarn ombord på rovern Perseverance framträder strukturer gömda under Mars yta som gör planetens vattenhistoria betydligt mer komplex än vad man tidigare trott. Under den röda, till synes livlösa skorpan döljer sig ett register över ett forntida landskap fullt av floder och sediment.

NASAs roverinstrument har visat att vatten i området kring Jezero-kratern var aktivt betydligt tidigare och under mycket längre tid än vad enbart ytobservationer indikerade. Georadarn, som tränger ner till ett djup på trettiofem meter, har skapat något som påminner om ett tvärsnitt av en forna sjöbotten — och det skjuter början på den våta perioden i denna region hundratals miljoner år tillbaka i tiden.

Varför Jezero-kratern valdes som landningsplats för rovern

Valet av Jezero-kratern var ingen slump. Från omloppsbana kan man se den klassiska formen av en gammal flodmynning. Den solfjädersformade fördelningen av sediment påminner om ett delta, och spåren av en gammal flodfåra som ledde vatten in i kratern var tydliga. Forskarna antog från missionens början att det en gång funnits en sjö här, försörjd av minst en flod.

Redan kort efter landningen 2021 bekräftade rovern dessa antaganden. Spektrometrar upptäckte karbonater i kraterbotten — mineraler som är typiska för sediment bildade i närvaro av vatten. Högupplösta kameror avslöjade den fina arkitekturen av avlagringar i själva deltat vid Jezeros västra kant.

Med utgångspunkt i dessa fynd rekonstruerade forskarna en episod av en relativt sen våt Mars. Det var varmare, atmosfären tätare, och flytande vatten strömmade fritt över ytan. De nya resultaten från georadarn ombord på Perseverance antyder emellertid att detta ställes vattenhistoria började mycket tidigare och hade fler faser än vad klipporna som blottlagts på ytan ensamma visade.

Hur georadarn ger rovern förmågan att se under planetens yta

För att titta djupare ner utrustade NASAs ingenjörer Perseverance med ett instrument välkänt från geofysiska, bygg- och arkeologiska arbeten här på jorden. Georadar används normalt för att skanna fundament, vägbankar och arkeologiska platser utan behov av borrning.

Principen är förvånansvärt enkel. En antenn sänder korta pulser av elektromagnetiska vågor med hög frekvens ner i undergrunden. Dessa vågor rör sig genom klippor och sediment och reflekteras delvis vid gränsskikten mellan lager med olika egenskaper. Mottagaren registrerar signalernas återkomsttid, vilket gör det möjligt att rekonstruera djupet och formen av enskilda strukturer under ytan.

Ju högre vågfrekvensen är, desto mer precis bild erhålls — men å andra sidan minskar djupräckvidden. För Perseverance valdes parametrarna så att de kombinerade rimlig upplösningsförmåga med möjligheten att titta flera tiotals meter ner. Det är idealiskt för analys av äldre avlagringar täckta av nyare material.

Konceptuellt påminner det om seismisk prospektering på jorden, där man använder elastiska vågor istället för elektromagnetiska. Seismik kan titta djupt — till och med hundratals kilometer — men kräver kraftiga vibrationskällor och ett tätt nätverk av sensorer. Georadar är lättare, enklare och passar perfekt till en mobil plattform som en Mars-rover.

Vilka dolda kanaler och sediment georadarn avslöjade under Jezero

Under körningarna i den yttre delen av Jezero-kratern skapade georadarn underjordsprofiler längs roverns rutt. Analysen av dessa profiler avslöjade en förvånansvärt komplex sedimentstruktur ner till ett djup på cirka trettiofem meter.

Forskarna identifierade strukturer typiska för gamla flod- och deltamiljöer:

Lagordningar lutade i en liten vinkel, som antyder gamla sluttningar av undervattens-sedimenttungor
Karakteristiska linsformade former tolkade som sandiga lopp från gamla floder
Växlande paket av finkorniga och grovkorniga sediment, som i system där vattengenomströmningen varierade säsongsmässigt
Omfattande strukturer under botten av den forna sjön, som vittnar om långvarig aktivitet från rinnande vatten
Antydningar om slingrande flodfåror
Spår av solfjädersformade avlagringar vid mynningen av en forna dal
Möjliga indikationer på ett förgrenat flodnätverk i ett så kallat flätat mönster
Lager äldre än det delta som är synligt från omloppsbana i den västra delen av Jezero

Forskarna överväger flera scenarion: ett system av slingrande floder, en alluvial fläkt som spred sig vid mynningen av en forna dal, eller ett förgrenat flodnätverk. I vart och ett av dessa fall måste vattnet ha strömmат tillräckligt länge för att bygga upp stora, tjocka sedimentpaket som idag är synliga som massiva strukturer under den tidigare sjöbottnens yta.

De lager georadarn avslöjade är äldre än det delta som är synligt från omloppsbana. Det rör sig om en tidigare scen i historien om Mars ytvatten — en scen som skjuter början på den våta fasen i denna region hundratals miljoner år tillbaka.

Vad geologisk datering berättar om vattenhistorien i kratern

I Mars geologiska tidsskala skiljer forskarna mellan flera epoker. De två viktigaste perioderna för den berörda regionen rör eran kallad Noachian och den efterföljande perioden Hesperian. Det delta som är synligt från omloppsbana i den västra delen av Jezero tillhör en yngre episod — närmare bestämt slutet av Noachian och början av Hesperian.

Däremot pekar de strukturer som georadarn känner igen i undergrunden på ett aktivt flodsystem redan i det tidiga Noachian. Det betyder att sjön i Jezero-kratern kan ha haft en mycket längre historia än bara en påfyllning och uttorkning. Floderna bytte riktning, slingrade sig, skapade nya sediment och förskjöt deltagränsen under miljoner år.

Vattenmiljön existerade redan i ett mycket tidigt skede av planetens historia, när solens energiutput var lite annorlunda och Mars inre fortfarande avgav stora mängder värme. Ju längre och ju tidigare vatten höll sig i Jezero-kratern, desto bredare tidsfönster existerade det för de processer som på jorden ledde till framväxten av mikrobiologiskt liv.

Vad de nya fynden betyder för sökandet efter spår av liv på Mars

Ju längre vatten förblev på en plats, desto större är sannolikheten för att det uppstod en stabil miljö som understödde organisk kemi och potentiella mikroorganismer. Jezero-kratern framträder nu ännu tydligare i detta scenario än tidigare.

Om floder verkligen var aktiva i kratern över lång tid kan deras sediment ha inkapslade spår av eventuella mikroorganismer — precis som sandsten av flod- och deltaupprinnelse på jorden ofta innehåller fossiler eller kemiska signaler från forntida biosfärer. Forskare från NASA understryker att en stabil vattenmiljö ökar chansen för bevarandet av organiska molekyler.

På Mars har vinderosionen genom miljarder år ätit sig igenom delar av klipporna, men många av dem ligger fortfarande gömda. Från omloppsbana ser vi bara det översta lagret — som en tunn pärm på en bok. De mest intressanta kapitlen är som regel gömda djupare ner. Georadarn gör det möjligt att kartlägga denna dolda geologi utan användning av borr.

Det är snabbare och mycket säkrare än seriell blindborrning. Tack vare en sådan underjordsskanning kan forskarna avgöra vilka platser som lämpar sig bäst för insamling av borrkärnor avsedda för framtida transport till jorden. Instrumentets framgång på Perseverance har också projektmässiga konsekvenser och visar att lätta georadarer är värda att medta i framtida missioner.

Kommer georadarer att användas på andra himlakroppar i solsystemet

Georadarn framgång på rovern Perseverance öppnar nya möjligheter för framtida missioner — inte bara till Mars, utan också till andra kosmiska kroppar. Forskare från universitet och forskningsinstitut överväger användningen av liknande instrument på månen, Jupiters månar och asteroider.

Med georadarer kan man söka efter is, fickor av regolith med olika densitet, och till och med potentiellt farliga hålrum under ytan, innan astronauter sätter foten där. Sådana uppgifter är avgörande för planeringen av framtida mänskliga baser. Den Europeiska Rymdorganisationen testar redan prototyper av georadarer för lunarmissioner.

I praktiken gör sådan data det möjligt att planera inte bara Perseverances nästa rutt, utan också framtida landningsplatser och borrplaceringar mycket bättre. Om det bekräftas att de äldsta, djupt liggande sedimenten i Jezero verkligen uppstod i en långvarig, stabil flodmiljö, är det just där forskarna kommer att leta efter de mest lovande proverna med avseende på spår av forna liv. Ett nytt kapitel i Mars geologi och astrobiologi håller på att skrivas för ögonen på oss.