Den första vetenskapliga analysen av bilder tagna av NASA:s Perseverance-rover har nu bekräftat att Mars Jezero-krater – som idag är en torr, vinderoderad depression - var en gång en lugn sjö, matades stadigt av en liten flod för cirka 3,7 miljarder år sedan.

Bilderna avslöjar också bevis på att kratern utstod snabba översvämningar. Denna översvämning var tillräckligt energisk för att sopa upp stora stenblock från tiotals mil uppströms och deponera dem i sjöbottnen, där de massiva stenarna ligger idag.

Den nya analysen, publiceras idag i tidskriften Vetenskap, baseras på bilder av de utskurna stenarna inne i kratern på dess västra sida. Satelliter hade tidigare visat att denna häll, sett från ovan, liknade floddeltan på jorden, där lager av sediment avsätts i form av en solfjäder när floden matas in i en sjö.

Perseverances nya bilder, tagna inifrån kratern, bekräfta att denna häll verkligen var ett floddelta. Baserat på de sedimentära lagren i hällen, det verkar som om floddeltat matade in i en sjö som var lugn under en stor del av sin existens, tills en dramatisk förändring i klimatet utlöste episodiska översvämningar vid eller mot slutet av sjöns historia.

"Om du tittar på dessa bilder, du stirrar i princip på detta episka ökenlandskap. Det är den mest övergivna plats du någonsin kan besöka, säger Benjamin Weiss, professor i planetvetenskap vid MIT:s Department of Earth, Atmosfäriska och planetära vetenskaper och en medlem av analysteamet. "Det finns inte en droppe vatten någonstans, och ändå, här har vi bevis på ett helt annat förflutet. Något mycket djupgående hände i planetens historia."

När rovernen utforskar kratern, forskare hoppas kunna avslöja fler ledtrådar till dess klimatutveckling. Nu när de har bekräftat att kratern en gång var en sjömiljö, de tror att dess sediment kunde hålla spår av forntida vattenhaltigt liv. I sitt uppdrag framåt, Uthållighet kommer att leta efter platser för att samla och bevara sediment. Dessa prover kommer så småningom att returneras till jorden, där forskare kan undersöka dem för biosignaturer från mars.

"Vi har nu möjlighet att leta efter fossiler, säger teammedlemmen Tanja Bosak, docent i geobiologi vid MIT. "Det kommer att ta lite tid att komma till klipporna som vi verkligen hoppas kunna prova för tecken på liv. Så, det är ett maraton, med mycket potential."

Lutande sängar

Den 18 februari 2021, Perseverance rover landade på golvet i Jezero krater, lite mer än en mil bort från dess västra solfjäderformade häll. Under de första tre månaderna, fordonet förblev stillastående när NASA-ingenjörer utförde fjärrkontroller av roverns många instrument.

Under denna tid, två av Perseverances kameror, Mastcam-Z och SuperCam Remote Micro-Imager (RMI), fångade bilder av sin omgivning, inklusive långdistansfoton av hällkanten och en formation som kallas Kodiak butte, en mindre outcop som planetgeologer antar kan ha en gång varit kopplad till den huvudsakliga solfjäderformade outcrop men har sedan delvis eroderats.

När rovern länkade ner bilder till jorden, NASA:s Perseverance vetenskapsteam bearbetade och kombinerade bilderna, och kunde observera distinkta bäddar av sediment längs Kodiak butte i förvånansvärt hög upplösning. Forskarna mätte varje lagers tjocklek, backe, och lateral utsträckning, fann att sedimentet måste ha avsatts genom att vatten rinner ut i en sjö, snarare än vind, arkliknande översvämningar, eller andra geologiska processer.

Roveren fångade också liknande lutande sedimentbäddar längs huvudhällen. Dessa bilder, tillsammans med de från Kodiak, bekräfta att den solfjäderformade formationen verkligen var ett gammalt delta och att detta delta matades in i en gammal sjö på Mars.

"Utan att köra någonstans, Rover kunde lösa en av de stora okända sakerna, vilket var att denna krater en gång var en sjö, " säger Weiss. "Tills vi faktiskt landade där och bekräftade att det var en sjö, det var alltid en fråga."

Boulderflöde

När forskarna tittade närmare på bilder av huvudklippan, de märkte stora stenblock och kullerstenar inbäddade i den yngsta, de översta lagren av deltat. Vissa stenblock mätte så breda som 1 meter i diameter, och beräknades väga upp till flera ton. Dessa massiva stenar, laget avslutade, måste ha kommit utanför kratern, och var sannolikt en del av berggrunden belägen på kraterkanten eller annars 40 eller mer miles uppströms.

Att döma av deras nuvarande plats och dimensioner, Teamet säger att stenblocken bars nedströms och in i sjöbottnen av en översvämning som flödade upp till 9 meter per sekund och rörde sig upp till 3, 000 kubikmeter vatten per sekund.

"Du behöver energiska översvämningsförhållanden för att bära stenar så stora och tunga, " säger Weiss. "Det är en speciell sak som kan tyda på en grundläggande förändring i den lokala hydrologin eller kanske det regionala klimatet på Mars."

Eftersom de enorma stenarna ligger i de övre lagren av deltat, de representerar det senast deponerade materialet. Stenblocken sitter ovanpå lager av äldre, mycket finare sediment. Denna skiktning, forskarna säger, indikerar att under mycket av dess existens, den gamla sjön fylldes av en mjukt strömmande flod. Fina sediment – ​​och möjligen organiskt material – drev nerför floden, och satte sig i en gradvis, sluttande delta.

Dock, kratern upplevde senare plötsliga översvämningar som avsatte stora stenblock på deltat. När sjön torkade upp, och under miljarder år eroderade vinden landskapet, lämnar kratern vi ser idag.

Orsaken till denna klimatomsvängning är okänd, även om Weiss säger att deltats stenblock kan innehålla några svar.

"Det mest överraskande som har kommit ur dessa bilder är den potentiella möjligheten att fånga den tid då denna krater övergick från en jordliknande beboelig miljö, till denna ödsliga ödemark vi ser nu, " säger han. "De här stenblocken kan vara uppteckningar över denna övergång, och vi har inte sett detta på andra ställen på Mars."