Under sitt första år med att utforska Jezero Crater på Mars samlade Perseverance-rover stenprover som forskare förväntar sig kommer att ge en efterlängtad tidslinje för planetens geologiska och vattenhistoria.

De kommer bara att behöva vänta ett decennium för att ta reda på svaret, tills proverna kan tas upp från ytan och återvända till jorden för datering 2033.

Forskarna är ändå entusiastiska över vad de hittills har upptäckt om proverna. Dessa upptäckter beskrivs i en artikel som kommer att publiceras den 25 augusti i tidskriften Science , med mer detaljerade analyser i en andra Science paper och två andra artiklar publicerade online samtidigt i Science Advances .

Jezero-kratern, strax norr om Mars ekvator, var ett mål för NASA:s Mars 2020-uppdrag och dess Perseverance-rover eftersom den innehöll vad som såg ut som ett floddelta som bildades inuti en sjöbädd och därmed potentiellt kunde berätta för forskare om när vattnet flödade på planetens vatten. yta. Stenar som samlats upp från kraterns botten ligger under deltasedimenten, så deras kristallisationsålder kommer att ge en övre gräns för deltats bildning, enligt geokemisten David Shuster, professor i jord- och planetvetenskap vid University of California, Berkeley.

"När det deltat deponerades är ett av huvudmålen med vårt provreturprogram, eftersom det kommer att kvantifiera när sjön var närvarande och när miljöförhållandena var närvarande som möjligen kunde ha varit mottagliga för liv", säger Shuster, som är en medlem av NASA:s vetenskapsteam för provinsamling, en av tre huvudförfattare till Science uppsats som sammanfattar arbetet och medförfattaren till två av de tre andra uppsatserna.

De två andra huvudförfattarna till sammanfattningen Science artiklar är geokemisten Kenneth Farley från Caltech, Perseverances projektforskare, och Mars 2020 biträdande projektforskare Katherine Stack Morgan från NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL).

Den största överraskningen, sa Shuster, är att de stenar som samlats in från fyra platser på golvet i Jezero-kratern är magmatiska ackumulerade stenar – det vill säga de bildades genom kylning av smält magma och är de bästa stenarna för exakt geokronologi när proverna väl har återvände till jorden. De visar också bevis på att de har förändrats av vatten.

"Ur ett urvalsperspektiv är detta enormt," sa han. "Det faktum att vi har bevis på vattenhaltig förändring av magmatiska bergarter - det är de ingredienser som människor är mycket entusiastiska över, när det gäller att förstå miljöförhållanden som potentiellt skulle kunna ha stött liv någon gång efter att dessa stenar bildades."

"Ett stort värde av de magmatiska bergarterna vi samlat in är att de kommer att berätta för oss om när sjön fanns i Jezero. Vi vet att den var där mer nyligen än de vulkaniska kraterbottenstenarna som bildades," sa Farley. "Detta kommer att ta upp några viktiga frågor:När var Mars klimat gynnsamt för sjöar och floder på planetens yta? Och när ändrades det till de mycket kalla och torra förhållanden vi ser idag?"

Innan uppdraget förväntade sig geologer att kraterns golv var fyllt med antingen sediment eller lava, som är smält sten som rann ut på ytan och kyldes snabbt. Men på två platser som kallas Séítah – Navajo-ordet för "mitt i sanden" – verkar klipporna ha bildats under jorden och svalnat långsamt. Uppenbarligen har allt som täckte dem eroderat bort under de senaste 2,5 till 3,5 miljarder åren.

"Vi diskuterade bokstavligen under de första nio månaderna, när vi körde runt på kraterbotten, om stenarna som vi tittar på är sediment som avsatts i en sjö eller magmatiska stenar," sa han. "In fact, they are igneous rocks. And the form of the igneous rocks that we found is quite surprising, because it doesn't look like a simple volcanic rock that flowed into the crater. Instead, it looks like something that formed at depth and cooled gradually in a largish magma chamber."

The crystal structure of the igneous rock—not unlike the granite of the Sierra Nevada, but with different composition and much more finely grained—showed millimeter-sized grains of olivine intergrown with pyroxene that could only have been formed by slow cooling. The coarse-grained olivine is similar to that seen in some meteorites that are thought to have originated on Mars and eventually crashed into Earth. The data supporting this came from multispectral images and X-ray fluorescence analysis by instruments aboard Perseverance and are detailed in a second Science paper by lead author Yang Liu, a planetary geologist at JPL.

Séítah and Máaz sites

According to Shuster, the data allow for a couple of scenarios that explain the igneous rocks on the crater floor.

"Either the rock cooled underground and came up from below, somehow, or there was something like a magma lake that filled up the crater and cooled gradually," he said.

Samples from a second nearby site called Máaz—Mars in the Navajo language—are igneous also, but of a different composition. Because this layer overlies the layer of igneous rock exposed at Séítah, the Máaz rock could have been the upper layer of the magma lake. In magma lakes on Earth, the denser minerals settle downward as they crystalize, creating layers of different compositions. These types of igneous formations are called cumulate, which means they formed by the settling of iron- and magnesium-enriched olivine and the subsequent multi-stage cooling of a thick magma body.

The Máaz igneous rocks could also be from a later volcanic eruption.

In either case, the upper layer that has partly eroded away could have been on the order of hundreds of meters thick, Shuster said.

Both the slow-cooled rocks at Séítah and the potentially more rapidly-cooled rocks at Máaz showed alteration by water, though in different ways. The Máaz rocks contained pockets of minerals that may have condensed from salty brine, while the Séítah rocks had reacted with carbonated water, according to chemical analyses onboard the rover.

The precise times when these various layers formed will be revealed only by lab analysis on Earth, since the geochemical analysis tools required for dating are too large to have been placed aboard Perseverance.

"There are a variety of different geochemical observations that we can make in these rocks when we return them to Earth. That will give us all sorts of information about that igneous environment," he said. "We can figure out when the rock crystallized, which is one of the things that I'm most excited about for providing a delta timing constraint. But it also gives us information about when igneous activity was occurring in the planet's interior. Combined with satellite imagery, we can then relate that to some of the bigger-picture, more regional igneous activity."

Shuster noted that duplicate rock samples were taken at each of the four sites and that, within a year, will be cached along with other duplicate samples at a contingency site near the delta, to be used only if the primary samples onboard Perseverance become inaccessible because of mechanical failure. That future cache will also include recently collected samples of sediments from the delta itself—details of which are being prepared for a future scientific paper. + Utforska vidare

NASA's Perseverance Mars rover Hazcam image:'Enchanted Lake' at Jezero Crater