Kun Nasan pieni Mars-mönkijä Spirit laskeutui vuonna 2004 Gusevin kraatteriin, se sai tutkijat heti räväyttämään silmänsä auki. Mönkijän välittämät kuvat rapautuneista kivistä ja kallioista vihjasivat selvästi, että vesi oli kuluttanut niitä muinoin voimakkaasti.
Planeetan toisella puolella Spiritin pari, Opportunity, teki yhtä tärkeitä havaintoja. Mönkijä löysi Eagle-nimisestä törmäyskraatterista kerrostumia, jotka olivat muodostuneet punaisen planeetan lapsuudessa laajan matalan meren pohjalle.
Kaksikon ottamat kuvat vahvistivat tutkijoiden käsitystä Marsin vetisestä historiasta. Lyhyesti kerrottuna 4,5 miljardia vuotta sitten muodostunut planeetta oli miljardi vuotta lämmin ja märkä. Sitten joet, järvet ja meret hävisivät, ja Marsista tuli karu, kuiva ja elämälle vihamielinen ympäristö.
Marsin tarina pitää kuitenkin kirjoittaa uudelleen. Planeetan koko pinnan kaukokartoitus paljasti, että Marsin menneisyys on ollut veden osalta luultua paljon monivaiheisempi.
Mineraalit kielivät vedestä
Uudet tutkimustulokset ovat kahden satelliitin pitkäaikaisen työn hedelmiä. Toinen on Esan Mars Express -luotain, joka asettui kiertämään Marsia vuoden 2003 lopussa, ja toinen Nasan Mars Reconnaissance Orbiter -luotain, joka pääsi kiertoradalleen keväällä 2006. Tutkimusaineiston käsittely vei paljon aikaa, ja kuva kirkastui vähitellen.
Satelliitit kartoittivat Marsin pinnalla esiintyviä mineraaleja. Tutkimustulosten valossa näyttää siltä, että jopa 100 000 aluetta on ollut pitkiä aikoja veden vallassa.
Nasan Mars Reconnaissance Orbiter -luotain (oik.) on keskittynyt niihin Marsin pinnan osiin, jotka Esan satelliitti Mars Express (vas.) oli jo aiemmin todennut kiinnostaviksi.
Maa-aines voi kerrostua nestemäisen veden vaikutuksesta. Merien, järvien ja jokien pohjaan muodostuu sedimenttejä enimmäkseen liejusta ja mudasta, kun niiden sisältämät hiukkaset vajoavat ja kasautuvat. Kun merivesi haihtuu, jäljelle jää runsaasti suolaa.
Tutkijoiden hämmästykseksi suolakerrokset sijaitsevat paikoitellen syvemmällä kuin saviset kerrostumat. Asia on selitettävissä kuivilla ja märillä jaksoilla. Vedetön vaihe on voinut kestää miljoonia tai jopa miljardeja vuosia.
”Olemme yksinkertaistaneet asioita liikaa. Mars ei menettänyt vettään yhdessä yössä, ja vettä esiintyi siellä moneen otteeseen eripituisin välein”, toteaa tutkimushankkeen vetäjiin kuuluva John Carter ranskalaisesta Aixin–Marseillen yliopistosta (AMU).
Märkyys näkyi lähikuvissa
Marsin menneisyys arvioitiin vetiseksi vasta noin 50 vuotta sitten. Sitä ennen planeettatutkijat olivat yleisesti sitä mieltä, että Mars oli ollut aina yhtä kuiva kuin Kuu.
Käsitystä jouduttiin tarkistamaan 1970-luvun alussa, kun Mariner 9 -luotain alkoi lähettää tarkkoja kuvia Marsin pinnalla erottuvista jokilaaksoista. Niiden selitykseksi sopi parhaiten virtaava vesi, joka saattoi olla peräisin runsaista sateista.
Oletus sai tukea kesällä 1975 Marsia tutkimaan lähetettyjen Viking 1- ja Viking 2 -luotainten laskeutujien pinnalta lähettämistä kuvista. Niistä löydettiin syviä uria, jotka muistuttivat virtaavan veden kallioon uurtamia uomia.
Monet merkit viittasivat siihen, että Marsin lapsuudessa useissa törmäyskraattereissa oli ollut järvi. Tutkimustuloksista voitiin myös päätellä, että laaja pohjoinen alanko, Vastitas Borealis, oli ollut muinoin meri.
Neljä miljardia vuotta sitten puolta Marsin pohjoisesta pallonpuoliskosta peitti paikoin 1,6 kilometriä syvä meri.
Viking-luotainten mittausten mukaan Marsin pohjoiskalotin alueella esiintyi jäätä. Myöhemmissä tutkimuksissa jäätynyttä vettä löydettiin myös etelänavan ympäristöstä.
Teoria, jonka mukaan Marsin ilmasto oli kostea ja lämmin ensimmäiset miljardi vuotta, todistettiin käytännössä oikeaksi vuonna 2004, kun Opportunity ja Spirit laskeutuivat vanhoihin kraattereihin ja löysivät niistä kerrostumia, jotka olivat voineet muodostua vain veden myötävaikutuksella.
Opportunity-mönkijä välitti vuonna 2004 ensimmäiset kuvat, joista voitiin erottaa Marsin muinaisessa meressä muodostuneita kerrostumia (pieni kuva).
Neljä vuotta myöhemmin Nasa lähetti Vastitas Borealis -alangolle Phoenix-nimisen laskeutujan kaapimaan pienellä lapiollaan kevyesti Marsin pintaa. Sen alla piili jäätä, joka oli jäänyt jäljelle hävinneestä merestä.
Tuossa vaiheessa Mars Express- ja Mars Reconnaissance Orbiter -luotaimet olivat jo alkaneet kartoittaa Marsin pintaa. Koko planeetan kartoituksen ansiosta veden tarinaan voitiin kirjoittaa uusia lukuja.
Satelliitit mittaavat lämpöä
Kumpikin kiertolaisluotain on varustettu spektrometrilla. Spektriä analysoiva laite määrittää sen lämpösäteilyn, joka heijastuu pinnasta, kun auringonvalo osuu siihen. Säteiden aallonpituus paljastaa, mitä mineraaleja pinnalla esiintyy.
Kerrostumat kertovat vedestä
Uudet satelliittimittaukset on tehty kiertolaisluotainten spektrometreilla, jotka määrittävät pinnasta heijastuvan säteilyn. Säteiden aallonpituudesta voidaan päätellä pinnan mineraalikoostumus ja sitä kautta mahdollinen veden vaikutus.
Punaiset alueet: Vettä on ollut vähän
Savihiukkaset erottuvat virtaavasta vedestä ja vajoavat pohjaan. Kuivilla alueilla savikerrokset sisältävät samoja alkuaineita kuin kallioperä – etenkin rautaa ja magnesiumia.
Siniset alueet: Vettä on ollut paljon
Tuhansia tai jopa miljoonia vuosia märkinä pysyneinä alueilla vesi on rapauttanut kallioperää. Siksi kerrostunut savi sisältää runsaasti vesipitoisia alumiinisilikaatteja.
Oranssit alueet: Vesi on haihtunut
Marsin merien, järvien ja jokien vesi sisälsi runsaasti karbonaattisuoloja. Ne saostuivat pohjaan, kun vesi haihtui. Siksi suolat paljastavat, mitkä Marsin osat ovat olleet vetisiä.
Vihreät alueet: Vettä voi esiintyä vieläkin
Kun esimerkiksi suolajärvi kuivuu, veden sisältämät suolat saostuvat vetysulfaattien kanssa. Vettä sisältävät suolat kiteytyvät pohjaan ja muodostavat tavallaan näkymättömän vesivaraston.
Mars Express on kaukokartoittanut koko planeetan 200 metrin tarkkuudella. Mars Reconnaissance Orbiter on sen sijaan laatinut yksityiskohtaisempia karttoja kiinnostavista alueista kymmenen metrin erotuskyvyllä.
Aiemmin tiedettiin vain tuhatkunta aluetta, joissa nestemäinen vesi oli vaikuttanut pinnan ominaisuuksiin. Nyt niitä tunnetaan 94 083.
Veden vaikutuksen alaisia mineraaleja on ajoitettu laskemalla määräalalta kaikki törmäyskraatterit. Mitä vähemmän niitä on, sitä nuorempaa perua pinta on. Iänmäärityksen mukaan vesi virtasi Marsissa vielä kaksi miljardia vuotta sitten.
Se, että pinta on kastunut useaan otteeseen Marsin olemassaolon aikana, antaa ymmärtää, että planeetta on ollut ajoittain selvästi nykyistä lämpimämpi. Nykyään Marsin keskilämpötila on –60 astetta.
Monin paikoin – niin kuin Jezero-kraatterissa – savikerrokset (punainen ja sininen) sijaitsevat suolakerrosten (oranssi) päällä. Järjestys osoittaa, että vesi hävisi alueelta vain väliaikaisesti.
Oletus on entistä vahvemmalla pohjalla kiinalaisen Zhurong-kulkijan ansiosta. Se työskentelee Aurinkokunnan syvimmässä kraatterissa, Utopia Planitiassa.
Kulkija näkee tutkallaan peräti 100 metrin syvyyteen. Tutkaukset ovat paljastaneet kaksi kerrosta, joissa kummassakin on alimpana isoja kiviä ja ylimpänä soraa.
Kerrokset todistavat, että kraatteri tulvi voimakkaasti sekä kolme että 1,6 miljardia vuotta sitten.
Kiinalainen Zhurong-kulkija on paljastanut tutkallaan pinnan alta kaksi samantapaista kerrosta. Ylempi niistä osoittaa Marsin pinnalla esiintyneen nestemäistä vettä 1,6 miljardia vuotta sitten.
Kiinalaiset planeettatutkijat arvelevat tulvien juontuneen eräänlaisena pohjavetenä esiintyneestä suolapitoisesta jäästä, joka suli ja purkautui pintaan. Sulaminen johtui ilmeisesti äkillisestä lämpenemisestä, jonka saattoi aiheuttaa asteroidi-isku tai tuliperäinen toiminta.
Tutkatiedot kattavat nyt 400 000 vuoden pituisen ajanjakson Marsin vetisestä historiasta. Niiden valossa näyttää siltä, että lämpimät kaudet palauttivat elämälle suotuisat olosuhteet Marsiin, kun se oli jo miljardeja vuosia vanha.
Ohut kaasukehä kuivatti
Paljastuneista märistä jaksoista huolimatta Marsin menneisyyttä leimaa äärimmäinen kuivuus, sillä planeetta menetti vettä sitä mukaa kuin kaasukehä oheni.
Olematon kaasukehä ei pystynyt pidättämään lämpösäteilyä, ja niinpä sinisestä planeetasta tuli punainen.
Pakastekuivatettu planeetta
1. Tulivuoret pitivät veden nestemäisenä
Marsin lapsuudessa tulivuoritoiminta tuotti kaasukehään runsaasti hiilidioksidia, joka esti auringonlämpöä ja vettä karkaamasta. Pinnalla oli meriä, järviä ja jokia.
2. Asteroidi-iskut ohensivat kaasukehää
Marsiin osui 3,9 miljardia vuotta sitten monta asteroidia. Kaasukehästä iskeytyi pois runsaasti hiilidioksidia, ja aurinkotuuli työnsi sitä vielä kauemmas avaruuteen.
3. Vesi höyrystyi ja jäätyi
Kaasukehän oheneminen johti siihen, että Mars koki pakastekuivauksen. Suurin osa vedestä haihtui ajan mittaan avaruuteen. Jäljelle jäi jäätä, jota esiintyy yhä joidenkin kraattereiden pohjalla.
4. Vesivarastot ovat säilyneet jään alla
Kummallakin pallonpuoliskolla on jäiset napalakit. Mars Expressin tutkimusten mukaan eteläisen napalakin alla voi piillä valtava järvi, jonka suolainen vesi on nestemäistä.
Mars ei ole kuitenkaan rutikuiva. Pinnan vesipitoiset mineraalit vihjaavat, missä planeetan osissa vettä esiintyy todennäköisesti runsaasti kallioperässä. Siksi uudet kartat voivat nousta arvoon arvaamattomaan, kun joskus tulevaisuudessa mietitään, minne Mars-tukikohta olisi parasta perustaa.
Tähän mennessä esillä olleista vaihtoehdoista houkuttelevimpana on pidetty pohjoista Vastitas Borealis -alankoa, jossa jäätä voi löytyä aivan pinnan tuntumasta. Kirjaimellisesti miinusta on kuitenkin se, että lämpötila laskee siellä 97 pakkasasteeseen.
Lähempänä päiväntasaajaa on lämpimämpää: +20 asteesta –70 asteeseen. Vaikka kallioperä on jäätön, kaukokartoituksen mukaan Meridiani Planum -tasangolta on löydettävissä paljon vesipitoisia mineraaleja, joista Marsiin muuttajat voisivat saada vettä.
Laaja Meridiani Planum -tasanko voi sopia ensimmäisten Mars-tukikohtien sijoituspaikaksi. Siellä on pinnan tuntumassa vesipitoisia mineraaleja.
Kaukokartoituksen tulokset auttavat tutkijoita ymmärtämään Marsin kehitystä ja suunnittelemaan sinne pysyviä tukikohtia. Lisäksi ne voivat helpottaa Marsissa mahdollisesti syntyneen elämän etsintää. Maassa nestemäinen vesi on elämän edellytys, ja niin uskotaan olevan muuallakin. Uusista kartoista voidaan katsoa, missä elämän syntymiselle on – tai on ollut – parhaat mahdollisuudet.
Hyvä esimerkki on Jezero. Kraatterissa on ollut iso järvi ja suisto, jossa joki on haaroittunut. Nasan Perseverance-mönkijän ottamat porausnäytteet on tarkoitus noutaa vuonna 2033 Maahan analysoitaviksi.
Ehkä silloin selviää lopullisesti, onko Mars ollut sekä märkä että elävä planeetta.
Näin marsilaisia on jahdattu
Viimeisten 25 vuoden aikana on saatu paljon vihjeitä Marsin mahdollisesta elämästä, mutta pitävää todistetta kaivataan yhä. Siksi tutkijat odottavat malttamattomasti Maahan tuotavia porausnäytteitä. Etsittäessä elämää Marsista on sivuutettu jo monta merkkipaalua. Tutustu niihin täällä.