Exempel på egenskaper identifierade i en djup bassäng på Mars som visar att den påverkades av grundvatten för miljarder år sedan. Kredit:NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mars Express har avslöjat de första geologiska bevisen på ett system av gamla sammankopplade sjöar som en gång låg djupt under den röda planetens yta, varav fem kan innehålla mineraler som är avgörande för livet.
Mars verkar vara en torr värld, men dess yta visar övertygande tecken på att stora mängder vatten en gång funnits över planeten. Vi ser egenskaper som skulle ha behövt vatten för att bildas – förgrenade flödeskanaler och dalar, till exempel – och bara förra året upptäckte Mars Express en pool av flytande vatten under planetens sydpol.
En ny studie avslöjar nu omfattningen av underjordiskt vatten på forntida Mars som tidigare bara förutspåddes av modeller.
"Tidiga Mars var en vattnig värld, men när planetens klimat förändrades drog sig detta vatten tillbaka under ytan för att bilda pooler och "grundvatten", " säger huvudförfattaren Francesco Salese vid Utrecht University, Nederländerna.
"Vi spårade detta vatten i vår studie, eftersom dess omfattning och roll är en diskussionsfråga, och vi hittade de första geologiska bevisen på ett planetomfattande grundvattensystem på Mars."
Säljare och kollegor utforskade 24 djupa, inneslutna kratrar på Mars norra halvklot, med golv som ligger ungefär 4000 m under Mars 'havsnivå' (en nivå som, med tanke på planetens brist på hav, definieras godtyckligt på Mars baserat på höjd och atmosfärstryck).
Den här bilden visar fördelningen av ett antal djupa kratrar (markerade som prickar) som nyligen utforskats som en del av en studie av grundvatten på Mars. Bakgrundsbilden visas i färger som representerar topografi:röda och orangea är lägre höjder, och blått och grönt är högre. Studien visade att golven i bassängerna, som sitter över 4000 m djupt, visa tecken på tidigare vatten – det första geologiska beviset på att den röda planeten en gång hade ett system av sammankopplade grundvattenmatade sjöar som sträckte sig över hela planeten. Kredit:Topografi:NASA/MGS/MOLA; Kraterdistribution:F. Salese et al (2019)
De hittade särdrag på golven i dessa kratrar som bara kunde ha bildats i närvaro av vatten. Många kratrar innehåller flera funktioner, allt på djup av 4000 till 4500 m – vilket tyder på att dessa kratrar en gång innehöll pooler och flöden av vatten som förändrades och drog sig tillbaka över tiden.
Funktioner inkluderar kanaler etsade in i kraterväggar, dalar uthuggna av undervatten av grundvatten, mörk, krökta deltan som tros ha bildats när vattennivån steg och sjönk, åsiga terrasser inom kraterväggar bildade av stående vatten, och solfjäderformade avlagringar av sediment i samband med strömmande vatten.
Vattennivån stämmer överens med de föreslagna kustlinjerna för ett förmodat marshav som tros ha funnits på Mars för mellan tre och fyra miljarder år sedan.
"Vi tror att detta hav kan ha anslutit till ett system av underjordiska sjöar som spred sig över hela planeten, " tillägger medförfattaren Gian Gabriele Ori, chef för Università D'Annunzios International Research School of Planetary Sciences, Italien.
"Dessa sjöar skulle ha funnits för cirka 3,5 miljarder år sedan, så kan ha varit samtida till ett Marshav."
Detta diagram visar en modell av hur kraterbassänger på Mars utvecklades över tiden och hur de en gång höll vatten. Denna modell ligger till grund för en ny studie av grundvatten på Mars, som fann att ett antal djupa bassänger – med golv som sitter över 4000 m djupa – visar tecken på att en gång ha innehållit vattenpölar. Bilder (från kontextkameran ombord på NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter) visar exempel på de olika funktioner som observerats i bassängerna. Det finns tre huvudsteg:i den första (överst), kraterbassängen är översvämmad med vatten och vattenrelaterade egenskaper – deltan, nedsmutsande dalar, kanaler, strandlinjer, och så vidare – form inom. I det andra steget (mitten), den planetövergripande vattennivån sjunker och nya landformer uppstår som ett resultat. I slutskedet (nederst), kratern torkar ut och eroderas, och funktioner som bildats under de föregående miljarderna åren avslöjas. Kredit:Bilder:NASA/JPL-Caltech/MSSS; Diagram anpassat från F. Salese et al. (2019)
Vattnets historia på Mars är komplex, och är intrikat kopplat till att förstå huruvida liv någonsin uppstod där – och, om så är fallet, var, när, och hur det gjorde det.
Teamet såg också tecken på mineraler inom fem av kratrarna som är kopplade till uppkomsten av liv på jorden:olika leror, karbonater, och silikater. Fyndet lägger vikt vid tanken att dessa bassänger på Mars en gång kan ha haft ingredienserna för att vara värd för liv. Dessutom, de var de enda bassängerna som var tillräckligt djupa för att korsa den vattenmättade delen av Mars skorpa under långa tidsperioder, med bevis som kanske fortfarande är begravda i sedimenten idag.
Att utforska platser som dessa kan således avslöja förhållanden som är lämpliga för tidigare liv, och är därför mycket relevanta för astrobiologiska uppdrag som ExoMars – en gemensam ESA och Roscosmos strävan. Medan ExoMars Trace Gas Orbiter redan studerar Mars från ovan, nästa uppdrag startar nästa år. Den består av en rover – nyligen uppkallad efter Rosalind Franklin – och en ytvetenskaplig plattform, och kommer att rikta in sig på och utforska martian platser som anses vara nyckeln i jakten på tecken på liv på Mars.
"Fynd som dessa är oerhört viktiga; de hjälper oss att identifiera de regioner på Mars som är de mest lovande för att hitta tecken på tidigare liv, säger Dmitri Titov, ESA:s Mars Express-projektforskare.
"Det är särskilt spännande att ett uppdrag som har varit så fruktbart på den röda planeten, Mars Express, är nu avgörande för att hjälpa framtida uppdrag som ExoMars att utforska planeten på ett annat sätt. Det är ett bra exempel på uppdrag som arbetar tillsammans med stor framgång."
Mars Express lanserades den 2 juni 2003, och nådde 15 år i rymden förra året. Denna studie använde observationer från High Resolution Stereo Camera (HRSC) på ESA:s Mars Express, från NASA:s High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE), och från kontextkameran ombord på NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter. En digital terrängmodell användes baserad på data från HRSC och NASA:s Mars Orbiter Laser Höjdmätare.
