En gammel debat om Mars og vand
Geologer og planetforskere har i årevis skændtes om, hvorvidt Mars nogensinde havde et rigtigt hav – eller om det blot drejede sig om isolerede søer og floder. Et forskerhold foreslår nu et helt nyt perspektiv på planetens topografiske data.
På ét punkt er videnskaben næsten enig: For milliarder af år siden strømmede flydende vand på Mars. Det bekræftes af billeder fra kredsløbssatellitter, analyser fra rovere og klimamodeller. Vi ser gamle flodbede, deltalignende mundinger og sedimenter, der afspejler langvarigt vandflow. Det er et radikalt anderledes billede end den nuværende iskolde ørken med sin tynde atmosfære.
Det, diskussionen drejer sig om, er omfanget af denne vandperiode. Var der blot talrige søer og floder, eller fandtes der et enormt hav på den nordlige halvkugle, der dækkede op mod en tredjedel af planetens overflade? En ny terrænanalyse antyder, at dette mere dristige scenarie bliver stadigt mere sandsynligt.
Hvorfor Mars’ gamle kystlinjer ikke passede ind i puslespillet
I årevis forsøgte forskere at kortlægge det formodede kystforløb fra en urtidshav ud fra terrænformer, der mindede om kystlinjer: skrænter, terrasser og markante 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 overfladen. På Jorden relaterer havniveauet sig til den samme tyngdekraftsflade, så kystlinjer ligger globalt set nogenlunde i samme højde. Det burde være tilsvarende på Mars. De formodede marskyster varierede imidlertid i højde med flere kilometer – en enorm uoverensstemmelse, der er svær at forene med et fladt havniveau.
For at forklare dette opstod der to hovedteorier. Den første foreslog en markant forskydning af planetens skorpe forbundet med en ændring i rotationsaksens position – det såkaldte polmigration. Den anden regnede med kraftige deformationer af skorpen som følge af voldsom vulkanisme i Tharsis-regionen og dannelsen af massive vulkaner som Olympus Mons.
Begge teorier forklarer dele af dataene, men fjerner ikke alle uoverensstemmelser. Tanken om, at nogle af de strukturer, man betragtede som tidligere kystlinjer, slet ikke er det, dukkede derfor op med stigende hyppighed. Det førte til beslutningen om at søge efter et helt andet og mere entydigt spor.
Jagten på et topografisk aftryk, der er svært at anfægte
Forskerholdet stillede sig selv spørgsmålet: Hvilken geologisk struktur ville udgøre det bedste aftryk af et fordums hav, hvis vi kiggede på 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 læseligt 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 den brede, relativt flade kontinentalsokkel, der omgiver kontinenterne. På Jorden er kontinentalsoklen et bælte af havbund rundt om kontinenterne med ringe dybde sammenlignet med det åbne hav. Den dannes ved langsom aflejring af materiale fra floder og kyster og opbygger med tiden et tykt lag af sedimenter.
En sådan struktur har nogle afgørende egenskaber:
- den er vidtstrakt og forholdsvis flad
- den bevares selv ved ændringer i havniveauet
- den kræver lang tids eksistens af et stort vandlegeme
- den opstår ikke omkring almindelige søer
- den oplagrer sedimenter over millioner af år
- den bevarer et register over klimatiske forhold
- den fungerer som en naturlig grænse mellem hav og fastland
Hvis noget tilsvarende kan påvises på Mars, vil det være et stærkt argument for et stort, langvarigt hav – og ikke blot periodiske havareal eller oversvømmelser.
Mars’ kontinentalsokkel: Sådan genkender man den
Efter at have identificeret mønsteret fra Jorden gik forskerne videre til at analysere Mars’ topografiske data. De anvendte detaljerede højdekort skabt på grundlag af målinger fra sonder i kredsløb om planeten. De ledte efter brede, relativt flade zoner, der omgiver lavtliggende områder på den nordlige halvkugle – steder, hvor et udbredt hav 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 hav og den højere beliggende fastlandsmasse. På baggrund af dette strukturforløb rekonstruerede forskerne et gammelt vandlegeme, der fyldte cirka en tredjedel af Mars’ overflade, primært på den nordlige halvkugle.
Denne fordeling stemmer meget godt overens med den tidligere observerede tolagsdeling på Mars – lavere terræn mod nord og højere 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 mellem et hav og en stor sø
Det afgørende er, at en kontinentalsokkelignende struktur ikke opstår ved kortvarige vandlegemer. Den kræver millioner af år med sedimentophobning og relativt stabile forhold. Det udelukker scenariet med et lavvandet, ustabilt hav med svingende vandstand og peger i stedet mod et ægte langvarigt hav, der fungerede i en betydelig del af planetens tidlige historie.
Hvis Mars virkelig havde et enormt, stabilt vandlegeme, ændrer det fuldstændig billedet af planetens fortidige klima. Der tegner sig en vision om en planet med en hydrologisk cyklus, der i langt højere grad mindede om Jordens: fordampning, skyer, nedbør og floder, der transporterede sedimenter ud i havet. Det betyder også, at atmosfæren dengang må have været betydeligt tættere og rigere på drivhusgasser – ellers ville vandet hurtigt være frosset til eller fordampet ud i rummet.
Den unge, fugtige periode på Mars kan også have varet i hundredvis af millioner af år og skabt gunstige betingelser for organisk kemi og muligvis enkle livsformer. Forskere fra NASA og den Europæiske Rumorganisation planlægger nu yderligere missioner, der netop er rettet mod områder med en potentiel kontinentalsokkel.
Hvor på Mars leder man bedst efter spor af fordums liv
På Jorden hører kontinentalsokkelzoner til biologisk set de rigeste regioner. Lavvandet, tilstrømning af næringsstoffer fra fastlandet og god lysadgang – det er en kombination, der begunstiger rigt liv, fra bakterier til komplekse økosystemer. Det er ikke overraskende, at forskere nu med stor interesse kigger på Mars’ tilsvarende zone.
Hvis mikroorganismer engang opstod på Mars, ville kontinentalsoklen være et af de mest lovende steder, hvor produkterne af deres aktivitet kan have bevaret sig i sedimenterne. Fremtidige missioner, der er i stand til at udtage prøver fra denne region og analysere dem i laboratoriet med henblik på sedimentstruktur og eventuelle biologiske spor, vil blive afgørende.
Direkte beviser kan kun fremskaffes ved analyse af sedimentlag: teksturer, kemisk sammensætning og eventuelle strukturer, der er vanskelige at forklare ud fra 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, der skal bekræfte det nye scenarie
Data fra sådanne steder kan sammenlignes med fremtidige målinger fra den formodede marsiske kontinentalsokkel. Ser vi den samme type langvarige, lagdelte sedimenter, vil havetesen få ny opbakning. Det næste skridt vil være at bringe prøver til Jorden som led i de planlagte Mars Sample Return-missioner.
Kun i veludrustede laboratorier kan man opfange meget svage spor af fordums mikroorganismer – for eksempel specifikke isotopforhold eller mikrostrukturer, der minder om bakteriemåtter. Forskere fra universiteter i Cambridge og Arizona er allerede ved at udarbejde protokoller til analyse af sådanne prøver. Kontinentalsoklen fungerer som en slags sort boks fra det fordums hav.
Platformen oplagrer i millioner af år et register over sedimenter, der bundfældes fra vandopslæmninger, strømmer ned fra fastlandet og nogle gange dannes ved levende organismers aktivitet. Selv om havniveauet siden ændrer sig, forbliver mange af disse lag på plads, kun delvist omdannede. På Mars kan et sådant sted bevare et register over en hel epoke, hvor planeten var langt mere hydrologisk aktiv.
Hvad et Mars-hav fortæller os om muligheden for liv andre steder
Tilstedeværelsen af et fordums hav garanterer naturligvis ikke livets opståen. Der kræves desuden egnede grundstoffer, stabile temperaturforhold og energikilder. Mars med sit intense vulkansime og mineralholdige skorpe opfyldte en del af disse krav. Spørgsmålet er stadig, om de gunstige betingelsers varighed var tilstrækkelig lang til, at kemiske processer nåede langt nok.
For planetforskere har en sådan rekonstruktion af Mars’ fortid endnu en dimension: Den hjælper os til bedre at forstå andre stenede planeter uden for Solsystemet. Hvis en naboplanetverdenen gennemgik en rejse fra et vandigt, relativt venligsindet miljø til en tør ørken, udgør det et vigtigt referencepunkt ved analysen af fjerne himmellegemer, hvor vi ligeledes søger efter spor af vand og potentielle livsgyndsomme zoner. Forskere er enige om, at kontinentalsoklen er et nøgleaftryk af eksistensen af et stabilt hav, der muligvis fandtes på Mars i en periode sammenlignelig med fremkomsten af det første liv på Jorden.
