Da Nasas lille rover Spirit landet i Gusevkratret på Mars i 2004, fikk den omgående astronomene til å sperre opp øynene. Roverens bilder viste forvitrede formasjoner som åpenbart hadde vært badet i vann gjennom så lang tid at de nærmest så råtne ut.
På den andre siden av planeten gjorde roveren Opportunity like viktige oppdagelser. I Eaglekratret fant roveren avleiringer som i den røde planetens barndom har blitt dannet på bunnen av et stort, grunt hav.
De to rovernes legendariske fotografier bekreftet forskernes oppfatning av vannets historie på Mars. Fortellingen var kort og godt at planeten i en milliard år etter at den ble til, for 4,5 milliarder år siden, hadde et varmt klima med elver, innsjøer og hav – men at vannet deretter forsvant og etterlot seg en knusktørr, iskald og livsfiendtlig klode.
Den fortellingen må nå skrives om. En ny kartlegging av hele overflaten avslører at vannets historie på Mars er mye lengre og mye mer komplisert enn astronomene drømte om.
Mineraler viser vei til vannet
De nye resultatene er skapt gjennom årelange observasjoner fra to aldrende satellitter. ESAs Mars Express har gått i bane siden 2003, og Nasas Mars Reconnaissance Orbiter begynte observasjonene sine i 2005. Først nå har forskerne det fulle overblikket over målingene – og hva de viser.
Satellittene har kartlagt forekomster av en rekke ulike mineraler, og målingene avslører opp mot hundre tusen områder som i lange perioder har stått under vann.
Nasa-satellitten Mars Reconnaissance Orbiter (t.h.) har sett på de mest interessante områdene av marsoverflaten, som på forhånd var utpekt av ESA-satellitten Mars Express (t.v.).
Flytende vann legger igjen avleiringer av leire, små partikler som synker ned og legger seg i lag på bunnen. Og når vannet senere fordamper fra overflaten, legger det igjen store mengder salt.
Til forskernes forbløffelse viser det seg at saltlagene noen steder ligger dypere enn leirlagene. Det kan bare bety at vannet i flere runder har vendt tilbake etter millioner eller i noen tilfeller milliarder av år med uttørking.
«Vi har overforenklet Mars. Vannet forsvant ikke bare over natten, men vendte tilbake flere ganger gjennom kortere eller lengre perioder», sier John Carter ved Aix-Marseille-universitetet i Frankrike. Han er en av forskerne bak den omfattende kartleggingen.
Nærbilder gjorde Mars våt
Kunnskapen vår om vannet på Mars er bare omkring femti år gammel. Før det mente planetforskerne at Mars alltid har vært en tørr ørken, akkurat som månen.
Det endret seg i 1971, da de første nærbildene fra satellitten Mariner 9 avslørte nettverk av elvedaler på overflaten. Funnet tydet på en fortid der regnet har pøst ned over den røde planeten.
Den spirende erkjennelsen ble styrket av de to Viking-sondene, som i 1976 gikk i bane rundt Mars og sendte landingsmoduler ned på overflaten. Sondene fant flere spor etter elver som har gravd dype kløfter i landskapet.
Observasjonene avslørte også at det i planetens barndom var innsjøer i mange meteorkratre, og det så faktisk ut til at det enorme lavlandet Vastitas borealis, rundt nordpolen, en gang var dekket av et grunt hav.
For fire milliarder år siden dekket et opptil 1,6 kilometer dypt hav halvparten av den nordlige halvkulen på Mars.
Dessuten viste Viking-sondenes målinger at det var is på planetens nordpol. Senere målinger har vist at det også er is på sørpolen.
Teorien om et varmt og vått klima på Mars en milliard år etter at planeten ble til, ble endelig bevist i 2004 da roverne Opportunity og Spirit landet i gamle kratre og oppdaget avleiringer som bare kan være skapt i vann.
Roveren Opportunity leverte i 2004 de første fotografiene som viste avleiringer (innfelt) i det som har vært et hav.
Fire år senere sendte Nasa den lille gravemaskinen Phoenix til Vastitas borealis. Den skrapet de øverste centimeterne av overflaten og fant is som ble lagt igjen da havet forsvant.
På det tidspunktet hadde satellittene Mars Express og Mars Reconnaissance Orbiter allerede begynt med kartleggingen av hele planetens overflate, og det har gjort vannets historie mye lengre.
Satellitter måler varmestråling
Begge satellittene er utstyrt med såkalte spektrometre. Instrumentene måler den varmestrålingen som reflekteres fra overflaten når den blir truffet av sollyset. Ut fra bølgelengdene i strålingen kan forskerne se hvilke mineraler som er til stede.
Avleiringer viser vannets historie
De nye satellittmålingene er foretatt med såkalte spektrometre, som måler den reflekterte strålingen fra overflaten. Strålingens bølgelengder forteller hvilke mineraler overflaten består av – og dermed hvor det har vært vann.
Røde områder: Her har det vært lite vann
Leirpartikler felles ut fra flytende vann og synker ned på bunnen. I de områdene der det har vært små mengder vann, inneholder leirlagene de samme grunnstoffene som grunnfjellet – særlig jern og magnesium.
Blå områder: Her var det massevis av vann
I områder der det har vært store mengder vann i tusenvis eller millioner av år, har vannet forvitret og oppløst mer av grunnfjellet. Leiren inneholder derfor mye vannholdige aluminiumssilikater.
Oransje områder: Her fordampet vannet
Vannet i havene, elvene og innsjøene på Mars inneholdt mye karbonatsalter som ble felt ut på bunnen da vannet fordampet. Derfor kan saltene i dag avsløre hvor det tidligere har vært våtområder.
Grønne områder: Her kan det fortsatt være vann
Saltholdig vann i for eksempel en innsjø feller ut salter med såkalte hydrogensulfater når innsjøen tørker ut. Saltene, som inneholder vannmolekyler, utkrystalliseres under bakken, der de utgjør et slags usynlig vannreservoar.
Mars Express har utført en overordnet kartlegging av hele planeten, med en oppløsning på 200 meter per bildepunkt, mens Mars Reconnaissance Orbiter har lagd detaljerte kart over særlig interessante områder med en bildepunktstørrelse på bare ti meter.
Før den nye kartleggingen kjente vi bare til tusen områder der mineralene på overflaten er dannet i flytende vann. Nå har tallet økt til 94 083.
Mineralene som ble dannet i vann, er datert ved telling av antallet nedslagskratre i et gitt område. Jo færre kratre det er, desto yngre er overflaten. Dateringen viser at vannet fløt på den røde planeten så sent som for to milliarder år siden.
At vannet har vendt tilbake til Mars-overflaten flere ganger gjennom planetens historie, viser at klimaet i perioder har vært mye varmere. I dag er gjennomsnittstemperaturen –60 °C.
Flere steder, som her i Jezerokratret, ligger det avleiringer av leire (rødt og blått) på avleiringer av salt (oransje). Det viser at vannet har vært borte og vendt tilbake.
Den konklusjonen ble nylig underbygget på en spektakulær måte av den kinesiske roveren Zhurong, som jobber i solsystemets største krater, Utopia planitia.
Roveren er utstyrt med en radar som kan se hele hundre meter ned i bakken, og målingene har avslørt to lag. Begge består av småstein nederst og finere grus på toppen.
De to lagene vitner om at kratret har blitt utsatt for voldsomme oversvømmelser for henholdsvis 3 og 1,6 milliarder år siden.
Den kinesiske roveren Zhurong har med radarmålinger avslørt to lag av avleiringer under overflaten. Det øverste laget viser at det var flytende vann på Mars-overflaten for 1,6 milliarder år siden.
De kinesiske planetforskerne mener at oversvømmelsene kom fra saltholdig grunnvann i form av is som smeltet og strømmet opp til overflaten. Det har antagelig skjedd på grunn av plutselige oppvarminger som enten ble utløst av asteroidenedslag eller vulkanutbrudd.
Radarmålingene legger 400 000 år til vannets historie på Mars. Med andre ord: Livet kan ha hatt muligheter både i planetens barndom og i varmeperioder milliarder av år senere.
Tynn atmosfære tappet Mars
Til tross for de nyoppdagede periodene med vann måtte planeten til slutt gi slipp på det fordi atmosfæren ble tynnere og tynnere.
Uten en atmosfære til å holde på varmen fra solen ble en blå klode forvandlet til den røde planeten vi kjenner i dag.
Den våte planeten ble frysetørket
1 Vulkanutbrudd holdt vannet flytende
I planetens barndom fylte vulkanutbrudd atmosfæren med CO2, som holdt på solvarmen og dermed på vannet. Store deler av overflaten var dekket av elver, innsjøer og hav.
2 Asteroidenedslag tynnet ut atmosfæren
For 3,9 milliarder år siden ble Mars bombardert av asteroider, og nedslagene sendte massevis av CO2 ut av atmosfæren. Også solvinden blåste CO2 vekk fra planeten.
3 Det flytende vannet ble til damp og is
Uttynningen av atmosfæren førte til at planeten gradvis ble frysetørket. Mesteparten av vannet fordampet etter hvert til verdensrommet. Resten frøs til is som fortsatt finnes i noen meteorkratre.
4 Vannreservoarer har overlevd under isen
Begge poler på Mars er i dag dekket av is. Målinger fra satellitten Mars Express tyder imidlertid på at en gigantisk innsjø av flytende saltvann skjuler seg under isen på sørpolen.
Helt tørrlagt er imidlertid Mars ikke. Spesielle mineralene på overflaten viser hvor på kloden det sannsynligvis er enda større forekomster under bakken. Derfor kan satellittkartene også få betydning for hvor vi en gang velger å anlegge bemannede Mars-baser.
Så langt har den mest populære kandidaten vært den nordlige sletten Vastitas borealis, der det er is rett under overflaten. Den store ulempen er at det er ekstremt kaldt der, med temperaturer ned til 97 minusgrader.
Nærmere ekvator er klimaet mer behagelig, med temperaturer på mellom 70 minusgrader og 20 plussgrader. Her er det ikke is under bakken, men de to satellittenes kartlegging tyder på at slettelandet Meridiani planum inneholder store mengder vannholdige mineraler som kan fungere som vannforsyning for en koloni.
Det store flate slettelandet Meridiani planum kan bli hjem for de første Mars-basene. Rett under overflaten ligger det vannressurser bundet i mineraler.
Satellittobservasjonene er ikke bare viktige for forståelsen av planetens historie og planleggingen av framtidige Mars-baser – de kan også sette oss på sporet av liv som kan ha eksistert der. Fra jorden vet vi at vann er en forutsetning for liv, så satellittenes kart viser hvor det er smart å lete etter livstegn.
Et godt eksempel er Jezerokratret, der det har vært en stor innsjø og et forgrenet elvedelta. Her samler Nasa-roveren Perseverance nå borekjerner som skal hentes til jorden i 2033 slik at forskerne kan analysere dem grundig i avanserte laboratorier.
Kanskje får vi da beviser for at Mars ikke bare har vært våt, men også en planet der det har vært liv.
Følg forskernes jakt på liv på Mars
De siste 25 årene har forskerne flere ganger funnet livstegn på den røde planeten – og hver gang har de måttet innrømme at bevisene likevel ikke var sikre. Nå setter de sin lit til boreprøver som skal hentes til jorden. Les om milepælene i jakten på liv på Mars her.