Chinesische Wissenschaftler sind zu dem Schluss gekommen, dass das Grundwasser auf dem Mars unter der Utopia Planitia bis zur (jüngsten) Amazonas-Periode der geologischen Geschichte des Roten Planeten aktiv blieb, die zuvor als kalt und trocken galt. In Sedimentablagerungen aus dem Amazonasgebiet identifizierten Zhuzhong-Instrumente hydratisierte Sulfate, Hydrosilica, Eisenoxide und Chloride. Zur Bildung dieser Mineralien ist flüssiges Salzwasser erforderlich.
Den Forschern zufolge entstanden die hydratisierten Mineralien während einer Zeit vulkanischer Aktivität, als heißes Magma, das an die Oberfläche stieg, unterirdisches Eis schmolz und die resultierende Lösung mit Salzen sättigte. Als es an die Oberfläche gelangte, verdampfte es und es fielen Mineralien daraus aus. Die Tatsache, dass sich unter der Utopia Planitia riesige Schichten unterirdischen Eises befinden, wurde bereits 2016 mithilfe des SHARAD-Radars des Mars Reconnaissance Orbiter der NASA festgestellt.
Die Reserven werden auf mehr als 14.000 Kubikkilometer geschätzt, was mit der Wassermenge im Lake Superior, dem größten und tiefsten der Großen Nordamerikanischen Seen, vergleichbar ist. Das Bodenradar RoPeR zeigte außerdem, dass die Felsen unter der Utopia-Ebene eine ausgeprägte Schichtung aufweisen, was bedeutet, dass sie in einer aquatischen Umgebung abgelagert wurden. Wissenschaftlern zufolge füllte sich der Krater im späten Hesperia- und frühen Amazonasgebiet (vor 3,5 bis 3,2 Milliarden Jahren) regelmäßig mit Wasser, was zu einer Schichtung führte.
Kürzlich meldeten chinesische Wissenschaftler eine weitere Entdeckung: In einer Tiefe von etwa 35 Metern unter der Oberfläche entdeckte das Bodenradar Zhuzhong keilförmige polygonale Strukturen mit einem Durchmesser von bis zu mehreren zehn Metern. Entlang einer 1,9 Kilometer langen Strecke zeichnete das Gerät 16 solcher Polygone auf, was darauf hindeutet, dass sie in der gesamten Utopia Planitia weit verbreitet waren.
Forscher glauben, dass sich die mysteriösen unterirdischen Strukturen unmittelbar am Ende oder nach dem Ende des „nassen“ Zeitalters bildeten. Hierbei handelte es sich ursprünglich um Oberflächengebilde, die durch spätere geologische Prozesse in die Tiefe sanken. Nach dem von den Autoren vorgeschlagenen Modell trocknete das tonige Sediment am Boden aus und bekam Risse, als das Wasser den Krater verließ. In die Risse drang Feuchtigkeit ein: aus der Tiefe – durch den Aufstieg des Grundwassers und die Diffusion des bei der Sublimation des Poreneises entstehenden Dampfes, und von der Oberfläche – in Form von Schnee. Im gefrorenen Zustand wirkten das Wasser und die Erde, die die Risse füllten, wie Keile.
Durch den zyklischen Prozess des Gefrierens und Auftauens, der Millionen von Jahren andauerte, entstand ein eigentümliches kleinhügeliges Relief. Vor etwa 3,2 bis 2,9 Milliarden Jahren veränderten sich die Bedingungen auf der Marsoberfläche dramatisch: Das Klima wurde trockener und kälter. Das polygonale Relief wurde erodiert und seine Überreste wurden unter Regolithschichten gefunden. „Die Struktur der Gesteine oberhalb und unterhalb der konventionellen Grenze, die sich in einer Tiefe von 35 Metern befindet, ist sehr unterschiedlich“, schreiben die Autoren des Artikels. „Dies deutet auf eine spürbare Veränderung des thermischen Regimes und der Wasseraktivität hin. Offensichtlich bei Diesmal kam es zu einer Klimarevolution in den niedrigen und mittleren Breiten des Mars.“
Ähnliche polygonale Strukturen sind auch heute noch auf der Marsoberfläche weit verbreitet. Sie erscheinen jedes Jahr im Frühling in den Polarregionen des Planeten. Sie wurden erstmals 2006 auf Bildern der HiRISE-Kamera (High Resolution Imaging Science Experiment) beobachtet, die an Bord der Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter angebracht war. Forscher der University of Arizona kamen nach der Analyse der Bilder der HiRISE-Kamera zu dem Schluss, dass die wabenartigen Strukturen das Ergebnis saisonaler Veränderungen von Wasser und Kohlendioxid sind.
Wissenschaftler glauben, dass die berühmten polygonalen Dünen, die die HiRISE-Kamera zuvor auf dem flachen Boden vieler Marskrater aufgenommen hat, in etwa auf die gleiche Weise entstanden sind. Winde blasen Staub und Sandkörner weg und das Eis, das die Risse füllt, bildet vieleckige Grate. In detaillierten Bildern ist ein Netzwerk kleinerer Polygone innerhalb großflächiger Polygone sichtbar. In ihrer Form ähneln sie Trockenrissen am Grund ausgetrockneter Seen. Polygonale Reliefstrukturen sind auch auf der Erde in Regionen mit Permafrostentwicklung häufig. Wie auf dem Mars sind sie mit saisonalen Frost-Tau-Zyklen verbunden, die zur Bildung erosiver Formen von Rissen führen.
„Zhuzhong“ funktionierte nicht wie erwartet drei Monate lang, sondern bis zum 20. Mai 2022, danach wurde die Kommunikation mit ihm komplett unterbrochen. Während dieser Zeit bewegte sich das Gerät etwa zwei Kilometer am Grund der Utopia-Ebene entlang. Dies ist der größte Einschlagskrater mit einem Durchmesser von über dreitausend Kilometern, nicht nur auf dem Mars, sondern im gesamten Sonnensystem. Die Struktur ist auch deshalb interessant, weil die Kruste hier sehr dünn ist und der Mantel der Oberfläche am nächsten kommt.
Auf der gesamten Strecke führte der Rover Radarvermessungen mit dem an Bord installierten Georadar RoPeR (Rover Penetrating Radar) durch. Dieses Gerät führt hochauflösende Sondierungen in zwei Bereichen elektromagnetischer Wellen bis zu einer Tiefe von 100 Metern durch. Zum Vergleich: Der amerikanische Rover Perseverance, der drei Monate vor Zhuzhong auf dem Mars eintraf und noch immer im benachbarten Krater Isis Planitia im Einsatz ist, ist in der Lage, den Untergrund auf nur zehn Meter zu „transparent“ zu machen.
Darüber hinaus führte Zhuzhong eine magnetometrische Kartierung der Marskruste durch, um lokale Anomalien im Magnetfeld zu identifizieren, maß klimatische Parameter (Temperatur, Druck, Windgeschwindigkeit), untersuchte die Mineralzusammensetzung des Regoliths mit spektroskopischen Methoden und suchte nach Wasser. Insgesamt übermittelte der Rover 940 Gigabyte verschiedener Daten zur Erde.