En gammel debat om vand på Mars får nyt liv
Geologer og planetforskere har i årevis diskuteret, om Mars nogensinde havde et ægte ocean, eller om der blot fandtes isolerede søer og floder. Et forskerhold foreslår nu et helt nyt perspektiv på planetens topografiske data.
Der er næsten bred enighed om ét grundlæggende faktum: for milliarder af år siden strømmede flydende vand på Mars. Det bekræftes af billeder fra orbitere, analyser fra rovere og klimamodeller. Vi ser gamle flodlejer, deltaformede mundinger og sedimenter forbundet med langvarig vandstrømning. Det tegner et radikalt anderledes billede end den nuværende iskolde ørken med sin tynde atmosfære.
Det diskussionen drejer sig om, er omfanget af denne vandperiode. Var det blot en epoke med mange søer og floder, eller fandtes der et enormt ocean på den nordlige halvkugle, der dækkede op til en tredjedel af planetens overflade? En ny terrænanalyse antyder, at det dristigere scenarie bliver stadig mere sandsynligt.
Hvorfor Mars’ gamle kystlinjer ikke passede ind i puslespillet
I årevis forsøgte forskere at kortlægge det formodede kystlinje fra en forhistorisk ocean baseret på terrænformationer, der lignede kystlinjer: klipper, terrasser og karakteristiske kanter. Disse strukturer dannede faktisk et bredt bælte rundt om store dele af den nordlige halvkugle.
Problemet opstod, da man begyndte at måle deres højde over havet. På Jorden refererer havniveauet til den samme gravitationsflade, så kystlinjer ligger globalt set nogenlunde i samme højde. På Mars burde det være tilsvarende. De formodede marsiske kystlinjer afveg imidlertid fra hinanden med flere kilometer i højde — en enorm uoverensstemmelse, der er svær at forene med en jævn oceanoverflade.
For at forklare dette opstod der to hovedteorier. Den første pegede på en markant forskydning af planetens skorpe forbundet med en ændring i rotationsaksens position, den såkaldte polmigration. Den anden regnede med kraftige deformationer af skorpen som følge af massiv vulkanisme i Tharsis-området og dannelsen af enorme vulkaner som Olympus Mons.
Begge teorier forklarer dele af dataene, men eliminerer ikke alle uoverensstemmelser. Tanken om, at nogle af de strukturer, man anså for tidligere kystlinjer, måske slet ikke er det, dukkede derfor op med stigende hyppighed. Det førte til beslutningen om at lede efter et helt andet og mere entydigt spor.
Søgen efter et topografisk fingeraftryk, der er svært at anfægte
Forskerholdet stillede sig spørgsmålet: hvilken geologisk struktur ville udgøre det bedste aftryk af et gammelt ocean, hvis man betragtede Jorden fra Mars’ perspektiv og fjernede alle nuværende have? Svaret søgte de i numeriske simuleringer. Forskerne tørlagde virtuelt Jordens oceaner og analyserede, hvad der ville forblive mest aflæseligt for en hypotetisk ekstern observatør efter hundredvis af millioner eller milliarder år med erosion.
Det mest karakteristiske signal viste sig ikke at være selve kysten, men derimod den brede, relativt flade hylde, der omgiver kontinenterne — kontinentalsoklen. På Jorden er kontinentalsoklen et bælte af havbund, der omgiver kontinenterne med ringe dybde sammenlignet med det åbne ocean. Den dannes ved langsom aflejring af materiale fra floder og kyster og opbygger over tid en tyk pakke af sedimenter.
En sådan struktur har afgørende egenskaber:
- den er udstrakt og relativt flad
- den opretholdes selv ved ændringer i havniveauet
- den kræver lang tids eksistens af et stort vandlegeme
- den opstår ikke omkring almindelige søer
- den oplagrer sedimenter i millioner af år
- den bevarer et register over klimatiske forhold
- den fungerer som en naturlig grænse mellem ocean og fastland
Hvis noget tilsvarende kan påvises på Mars, vil det udgøre et stærkt argument for et stort, langvarigt ocean — og ikke blot periodiske have eller oversvømmelser.
Mars’ kontinentalsokkel: sådan genkender man den
Efter at have identificeret mønsteret fra Jorden gik forskerne over til at analysere Mars’ topografiske data. De benyttede detaljerede højdekort skabt på grundlag af målinger fra sonder i kredsløb om planeten. De ledte efter brede, relativt flade zoner, der omgiver de lavtliggende områder på den nordlige halvkugle — steder, hvor et udbredt ocean ifølge tidligere hypoteser kunne have ligget.
Analysen afslørede en struktur, der meget præcist svarer til den forventede form af en kontinentalsokkel. Den udgør et vidtstrakt bælte med minimale højdeforskelle, fordelt på en måde, der antyder en naturlig grænse mellem et hypotetisk ocean og det højere beliggende fastland. På baggrund af denne strukturs forløb rekonstruerede forskerne området for et gammelt vandlegeme, der fyldte cirka en tredjedel af Mars’ overflade, primært på den nordlige halvkugle.
Denne fordeling svarer meget godt til den tidligere observerede todeling af Mars — med lavere terræn mod nord og højere liggende sydlige områder, der minder lidt om Jordens kontinenter. Forskere fra forskellige institutioner sammenligner nu disse fund med data fra radarundersøgelser udført af sonderne Mars Reconnaissance Orbiter og Mars Express.
Forskellen på et ocean og en stor sø
Det afgørende er, at en struktur svarende til en kontinentalsokkel ikke opstår ved kortvarige vandlegemer. Den kræver millioner af år med sedimentakkumulering og relativt stabile forhold. Det udelukker scenariet med et lavvandet, ustabilt hav med skiftende vandstand og peger i stedet på et ægte langvarigt ocean, der fungerede i en betragtelig del af planetens tidlige historie.
Hvis Mars virkelig havde et enormt, stabilt vandlegeme, ændrer det fuldstændigt billedet af planetens fortidige klima. Der tegner sig et syn på en planet med en hydrologisk cyklus langt mere lig Jordens: fordampning, skyer, nedbør og floder, der transporterede sedimenter til oceanet. Det betyder også, at atmosfæren på det tidspunkt må have været markant tættere og rigere på drivhusgasser — ellers ville vandet hurtigt være frosset eller fordampet ud i verdensrummet.
Den unge, fugtige periode på Mars kan desuden have varet hundredvis af millioner af år og dermed skabt gunstige betingelser for organisk kemi og muligvis enkle livsformer. Forskere fra NASA og Den Europæiske Rumfartsorganisation planlægger nu yderligere missioner, der netop er rettet mod områder med en potentiel kontinentalsokkel.
Hvor på Mars skal man bedst lede efter spor af fortidigt liv
På Jorden er zonerne ved kontinentalsoklen blandt de biologisk rigeste regioner. Lavt vand, tilstrømning af næringsstoffer fra land og gode lysforhold — det er en kombination, der fremmer rigt liv, fra bakterier til komplekse økosystemer. Det er ikke overraskende, at forskerne nu retter stor opmærksomhed mod den marsiske ækvivalent til en sådan zone.
Hvis der engang opstod mikroorganismer på Mars, ville kontinentalsoklen være et af de mest lovende steder, hvor produkter af deres aktivitet kunne være bevaret i sedimenterne. Fremtidige missioner med evne til at indsamle prøver fra denne region og undersøge dem laboratorimæssigt med hensyn til sedimentstruktur og eventuelle biologiske spor vil derfor være afgørende.
Direkte beviser kan kun fremskaffes ved analyse af sedimentære lag: teksturer, kemisk sammensætning og eventuelle strukturer, der er svære at forklare ved ikke-biologiske processer. Nuværende rovere, herunder Perseverance, der arbejder i Jezero-krateret, undersøger allerede sedimentære bjergarter dannet i gamle søer og deltaer.
Rovernes rolle og fremtidige missioner til bekræftelse af det nye scenarie
Data fra sådanne steder kan sammenlignes med fremtidige målinger fra den formodede marsiske kontinentalsokkelzone. Hvis man finder den samme type langvarige, lagdelte sedimenter, vil oceantesen få ny opbakning. Næste skridt vil være at hjembringe prøver til Jorden som led i de planlagte missioner af typen Mars Sample Return.
Kun i veludstyrede laboratorier kan man opfange meget fine spor af fortidige mikroorganismer — for eksempel specifikke isotopforhold eller mikrostrukturer, der ligner bakterielle måtter. Forskere fra universiteterne i Cambridge og Arizona forbereder allerede protokoller til analyse af sådanne prøver. Kontinentalsoklen fungerer som en slags sort boks fra det gamle ocean.
Platformen oplagrer i millioner af år et register over sedimenter, der bundfælder sig fra vandsuspension, strømmer ned fra fastlandet og til tider opstår fra levende organismers aktivitet. Selv om havniveauet senere ændrer sig, forbliver mange af disse lag på plads, kun delvist omdannede. På Mars kan et sådant sted bevare registreringen af en hel æra, hvor planeten var betydeligt mere hydrologisk aktiv.
Hvad et marsisk ocean fortæller os om muligheden for liv andre steder
Tilstedeværelsen af et fortidigt ocean garanterer naturligvis ikke, at der opstod liv. Det kræver også de rette grundstoffer, stabile temperaturforhold og energikilder. Mars med sin intensive vulkanisme og mineralholdige skorpe opfyldte en del af disse krav. Spørgsmålet er fortsat, om de gunstige forholds varighed var lang nok til, at de kemiske processer nåede tilstrækkeligt langt.
For planetforskere har en sådan rekonstruktion af Mars’ fortid endnu en dimension: den hjælper med bedre at forstå andre stenplaneter uden for Solsystemet. Hvis en naboplanet har gennemgået en rejse fra et vandigt, relativt venligt miljø til en tør ørken, udgør det et vigtigt referencepunkt ved analyse af fjerne himmellegemer, hvor man ligeledes søger efter spor af vand og potentielle livsbetingede zoner. Forskere er enige om, at kontinentalsoklen er det afgørende aftryk af eksistensen af et stabilt ocean, der kan have eksisteret på Mars i en periode sammenlignelig med fremkomsten af det første liv på Jorden.
