Att förstå huruvida Mars en gång kunde stödja liv har varit en viktig drivkraft för Marsforskningen under de senaste 50 åren. För att dechiffrera planetens gamla klimat och beboelighet, forskare tittar på bergarter - en fysisk registrering av forntida ytprocesser som återspeglar miljön och det rådande klimatet vid den tidpunkt då stenarna deponerades.

I en ny tidning publicerad i JGR:Planeter , forskare på NASA-JPL Mars Science Laboratory-uppdraget använde Curiosity-rovern för att lägga till ytterligare en pusselbit i Mars forntida förflutna genom att undersöka en enhet av stenar i Gale-kratern.

De hittade bevis på ett gammalt dynfält bevarat som ett lager av stenar i Gale-kratern, som ligger över berglager som avsatts i en stor sjö. Klippresterna av dynfältet är idag kända som Stimsonformationen.

Fynden hjälper forskare att förstå yt- och atmosfäriska processer - som riktningen vinden blåste sand för att bilda sanddyner - och potentiellt hur Mars klimat utvecklades från en miljö som potentiellt hyste mikrobiellt liv, till en obeboelig.

Genom att titta på de bevarade stenlagren genom bilder som samlats in av Curiosity rover, forskarna rekonstruerade formen, flyttriktning och storlek på de stora sanddynerna, även känd som draas, som ockuperade den delen av kratern.

Modellerna av gamla sanddyner, skapad av kejserliga forskare, visa att sanddyner låg inbäddade bredvid Gale-kraterns centrala topp – känd som Mount Sharp – på en vinderoderad yta i fem graders vinkel. Forskningen fann också att sanddynerna var sammansatta sanddyner - stora sanddyner som var värd för sin egen uppsättning mindre sanddyner som färdades i olika riktningar till huvuddynen.

Huvudförfattaren Dr Steven Banham från Imperials institution för geovetenskap och teknik sa:"När vinden blåser, den transporterar sandkorn av en viss storlek, och organiserar dem i högar med sand som vi känner igen som sanddyner. Dessa landformer är vanliga på jorden i sandiga öknar, som Sahara, det namibiska dynfältet, och de arabiska öknarna. Vindstyrkan och dess enhetlighet i riktning styr formen och storleken på dynen, och bevis på detta kan bevaras i bergboken.

"Om det finns ett överskott av sediment som transporteras in i en region, sanddyner kan klättra när de vandrar och delvis begrava intilliggande sanddyner. Dessa nedgrävda lager innehåller en funktion som kallas "korsbäddning, " som kan ge en indikation på sanddynernas storlek, och i vilken riktning de migrerade. Genom att undersöka dessa korsbäddar, vi kunde fastställa att dessa skikt avsattes av specifika sanddyner som bildas när konkurrerande vindar transporterar sediment i två olika riktningar.

"Det är häpnadsväckande att genom att titta på Mars stenar kan vi fastställa att två konkurrerande vindar drev dessa stora sanddyner över Gale-kraterns slätter för tre och en halv miljard år sedan. Detta är några av de första bevisen vi har på variabla vindriktningar - vare sig de säsongsbetonad eller på annat sätt."

Den nedre delen av Mount Sharp består av forntida sjöbottensediment. Dessa sediment samlades på sjöbottnen när kratern svämmade över, kort efter dess bildande för 3,8 miljarder år sedan. Nyfikenhet har ägnat stora delar av de senaste nio åren åt att undersöka dessa stenar efter tecken på beboelighet.

Dr. Banham tillade:"För mer än 3,5 miljarder år sedan torkade denna sjö ut, och sjöbottensedimenten grävdes upp och eroderades för att bilda berget i mitten av kratern – det nuvarande Mount Sharp. Flankerna av berget är där vi har hittat bevis på att ett gammalt dynfält bildades efter sjön, indikerar ett extremt torrt klimat."

Dock, de nya rönen tyder på att det gamla dynfältet kan ha varit mindre livgivande än man tidigare trott. Dr. Banham sa:"Den stora vidderna av dynfältet skulle inte ha varit en särskilt gästvänlig plats för mikrober att leva, och det kvarlämnade dokumentet skulle sällan bevara bevis på liv, om det fanns någon.

"Denna ökensand representerar en ögonblicksbild av tiden i Gale-kratern, och vi vet att dynfältet föregicks av sjöar - men vi vet inte vad som ligger över ökensandstenarna längre upp på Mount Sharp. Det kan vara fler lager avsatta i torra förhållanden, eller det kan vara avlagringar förknippade med fuktigare klimat. Vi får vänta och se."

Rovers på Mars låter forskare utforska planeten i detalj som aldrig förr. Dr. Banham tillade:"Även om geologer har läst stenar på jorden i 200 år, det är bara under det senaste decenniet eller så som vi har kunnat läsa Mars stenar med samma detaljnivå som vi gör på jorden."

Forskarna fortsätter att undersöka stenar som hittats av Curiosity och fokuserar nu på vindmönster som registrerats av sanddyner längre upp på Mount Sharp. Dr. Banham sa:"Vi är intresserade av att se hur sanddynerna speglar det bredare klimatet på Mars, dess skiftande årstider, och långsiktiga förändringar i vindriktningen. I sista hand, allt detta relaterar till den stora drivande frågan:att upptäcka om liv någonsin uppstod på Mars."

Ett internationellt team under ledning av Imperial har hittat bevis på forntida sanddyner på Mars som kan hjälpa till att förklara forntida ytförhållanden.

Att förstå huruvida Mars en gång kunde stödja liv har varit en viktig drivkraft för Marsforskningen under de senaste 50 åren. För att dechiffrera planetens gamla klimat och beboelighet, forskare tittar på bergarter - en fysisk registrering av forntida ytprocesser som återspeglar miljön och det rådande klimatet vid den tidpunkt då stenarna deponerades.

I en ny tidning publicerad i JGR:Planeter , forskare på NASA-JPL Mars Science Laboratory-uppdraget använde Curiosity-rovern för att lägga till ytterligare en pusselbit i Mars forntida förflutna genom att undersöka en enhet av stenar i Gale-kratern.

De hittade bevis på ett gammalt dynfält bevarat som ett lager av stenar i Gale-kratern, som ligger över berglager som avsatts i en stor sjö. Klippresterna av dynfältet är idag kända som Stimsonformationen.

Fynden kommer att hjälpa forskare att förstå yt- och atmosfäriska processer - som riktningen vinden blåste sand för att bilda sanddyner - och potentiellt hur Mars klimat utvecklades från en miljö som potentiellt hyste mikrobiellt liv, till en obeboelig.

Genom att studera de bevarade bergskikten i bilder samlade av Curiosity, forskarna rekonstruerade formen, flyttriktning och storlek på de stora sanddynerna, även känd som draas, som ockuperade den delen av kratern.

Modellerna av gamla sanddyner, skapad av kejserliga forskare, visa att sanddyner låg inbäddade bredvid Gale-kraterns centrala topp – känd som Mount Sharp – på en vinderoderad yta i fem graders vinkel. Forskningen fann också att sanddynerna var sammansatta sanddyner - stora sanddyner som var värd för sin egen uppsättning mindre sanddyner som färdades i olika riktningar till huvuddynen.

Huvudförfattaren Dr Steven Banham från Imperials institution för geovetenskap och teknik sa:"När vinden blåser, den transporterar sandkorn av en viss storlek, och organiserar dem i högar med sand som vi känner igen som sanddyner. Dessa landformer är vanliga på jorden i sandiga öknar, som Sahara, det namibiska dynfältet, och de arabiska öknarna. Vindstyrkan och dess enhetlighet i riktningen styr formen och storleken på dynen, och bevis på detta kan bevaras i bergboken.

"Om det finns ett överskott av sediment som transporteras in i en region, sanddyner kan klättra när de vandrar och delvis begrava intilliggande sanddyner. Dessa nedgrävda lager innehåller en funktion som kallas "korsbäddning, " som kan ge en indikation på sanddynernas storlek, och i vilken riktning de migrerade. Genom att undersöka dessa korsbäddar, we were able to determine these strata were deposited by specific dunes that form when competing winds transport sediment in two different directions.

"It's amazing that from looking at Martian rocks we can determine that two competing winds drove these large dunes across the plains of Gale crater three and a half billion years ago. This is some of the first evidence we have of variable wind directions—be they seasonal or otherwise."

The lower part of Mount Sharp is composed of ancient lakebed sediments. These sediments accumulated on the lakebed when the crater flooded, shortly after its formation 3.8 billion years ago. Curiosity has spent much of the last nine years investigating these rocks for signs of habitability.

Dr. Banham added:"More than 3.5 billion years ago this lake dried out, and the lake bottom sediments were exhumed and eroded to form the mountain at the center of the crater—the present-day Mount Sharp. The flanks of the mountain are where we have found evidence that an ancient dune field formed after the lake, indicating an extremely arid climate."

Inhospitable environment?

Dock, the new findings suggest that the ancient dune field might have been less nurturing of life than previously thought. Dr. Banham said:"The vast expanse of the dune field wouldn't have been a particularly hospitable place for microbes to live, and the record left behind would rarely preserve evidence of life, if there was any.

"This desert sand represents a snapshot of time within Gale crater, and we know that the dune field was preceded by lakes—yet we don't know what overlies the desert sandstones further up Mount Sharp. It could be more layers deposited in arid conditions, or it could be deposits associated with more humid climates. We will have to wait and see."

Rovers on Mars are allowing researchers to explore the planet in detail like never before. Dr. Banham said:"Although geologists have been reading rocks on Earth for 200 years, it's only in the last decade or so that we've been able to read Martian rocks with the same level of detail as we do on Earth."

The researchers continue to examine rocks found by Curiosity and are now focusing on the wind patterns recorded by dunes further up Mount Sharp. Dr. Banham said:"We're interested to see how the dunes reflect the wider climate of Mars, its changing seasons, and longer-term changes in wind direction. I sista hand, this all relates to the major driving question:to discover whether life ever arose on Mars."

The research was funded by the UK Space Agency and forms part of the preparation for the forthcoming ESA ExoMars mission to explore Mars for signs of ancient life.

"A Rock Record of Complex Aeolian Bedforms in a Hesperian Desert Landscape:The Stimson Formation as Exposed in the Murray Buttes, Gale Crater, Mars" is published in JGR:Planets .