Der Perseverance-Rover der NASA hat die Anwesenheit eines uralten Sees auf dem Mars bestätigt, der den Schlüssel zum antiken Leben enthalten könnte. Hinweise auf alte Seesedimente am Fuß des Jezero-Kraters auf dem Mars bieten neue Hoffnung für die Entdeckung von Spuren von Leben in Proben, die vom NASA-Rover Perseverance gesammelt wurden.
Perseverance landete am 18. Februar 2021 im 28 Meilen (45 Kilometer) breiten Jezero-Krater des Roten Planeten, in dem sich vermutlich einst ein großer See und ein Flussdelta befanden. Der Rover durchkämmt den Krater nach Spuren vergangenen Lebens und sammelt und lagert unterwegs Dutzende Proben für eine mögliche Rückkehr zur Erde in der Zukunft. Mit dem Instrument Radar Imager for Mars‘ Subsurface Experiment (RIMFAX) auf dem Rover haben Forscher der University of California, Los Angeles (UCLA) und der Universität Oslo neue Hinweise darauf entdeckt, wie sich im Laufe der Zeit Sedimentschichten auf dem Kraterboden bildeten.
Eine Reihe geologischer Merkmale lässt darauf schließen, dass es hier vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren einen See gab, in den ein ziemlich großer Fluss mündete. Auf Weltraumfotos, die von der automatischen interplanetaren Station Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aufgenommen wurden, ist gegenüber seiner Mündung am Boden des Kraters deutlich ein Kegel aus Sedimentablagerungen des alten Flussdeltas zu erkennen.
„Vom Orbit aus können wir viele verschiedene Ablagerungen sehen, aber wir können nicht mit Sicherheit sagen, ob das, was wir sehen, ihr ursprünglicher Zustand ist oder ob wir das Ende einer langen geologischen Geschichte erleben“, sagte David Page, der Erstautor der Studie und stellvertretender Hauptforscher . RIMFAX-Forscher und Professor an der UCLA. „Um zu sagen, wie diese Dinge entstanden sind, müssen wir tiefer blicken.“
Während Perseverance über die Marsoberfläche reist, sendet das RIMFAX-Instrument Radarwellen in Abständen von 10 Zentimetern nach unten und misst die Impulse, die etwa 20 Meter unter der Oberfläche reflektiert werden, um ein Untergrundprofil eines Kraters zu erstellen auf dem Mars. RIMFAX-Daten zeigten Sedimente aus Wasser, das einst den Krater füllte. Es ist möglich, dass zu diesem Zeitpunkt mikrobielles Leben im Krater existierte, und wenn solches Leben auf dem Mars existierte, würden Sedimentproben aus diesem Gebiet Spuren ihrer Überreste enthalten.
Es traten zwei unterschiedliche Ablagerungsperioden auf, die zu Sedimentschichten auf dem Kraterboden führten, die regelmäßig und horizontal erscheinen, ähnlich wie die Schichten, die man auf der Erde sieht. Schwankende Wasserstände im See führten dazu, dass einige Sedimentablagerungen ein riesiges Delta bildeten, das Perseverance zwischen Mai und Dezember 2022 überquerte, heißt es in der Erklärung.
Radarmessungen zeigen außerdem einen unebenen Kraterboden unterhalb des Deltas, der wahrscheinlich auf Erosion vor der Sedimentablagerung zurückzuführen ist. Als der See im Laufe der Zeit austrocknete, erodierten die Sedimentschichten im Krater und bildeten die geologischen Merkmale, die heute auf der Marsoberfläche sichtbar sind. „Die Veränderungen, die wir in den Gesteinen sehen, werden durch großflächige Veränderungen in der Marsumgebung verursacht“, sagte Page in einer Erklärung. „Es ist aufregend, dass wir in einem so kleinen geografischen Gebiet so viele Hinweise auf Veränderungen sehen können, die es uns ermöglichen, unsere Erkenntnisse auf die Skala des gesamten Kraters auszudehnen.“
Spektrometrische Aufnahmen des 2005 gestarteten Mars Reconnaissance Orbiter zeigten, dass sie Karbonate und Tonmineralien enthalten, für deren Bildung flüssiges Wasser erforderlich ist. Wenn es in früheren Zeiten Leben auf dem Mars gab, müssten nach Ansicht von Wissenschaftlern seine Spuren in den Sedimentgesteinen des Deltas oder im See selbst erhalten geblieben sein. Deshalb haben sie beschlossen, den Rover hierher zu schicken.
Karbonate sind im Hinblick auf die Suche nach Spuren antiken Lebens von besonderem Interesse. Auf der Erde bilden sie die Schalen wirbelloser Meerestiere, die Skelette von Korallen sowie Stromatolithen – die fossilen Überreste alter Cyanobakterienmatten. Karbonatfossilien sind in Sedimentgesteinen über Milliarden von Jahren perfekt erhalten. Auch die ältesten in Erdgesteinen gefundenen Stromatolithen entstanden vor 3,5–3,7 Milliarden Jahren.
Der Rover Perseverance ist mit Instrumenten zur Analyse der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung von Gesteinen und zum Nachweis organischer Verbindungen sowie dem Bodenradar RIMFAX (Radar Imager for Mars‘ Subsurface Experiment) ausgestattet, das das Marsinnere bis zu einer Tiefe von 20 Metern untersucht . Es ist in der Lage, Gesteine unterschiedlicher Dichte und Struktur zu unterscheiden und unterirdische Wassereis- und Solelinsen zu finden. Darüber hinaus verfügt der Rover über einen Roboterarm mit Bohrer, mit dem das Gerät jeweils etwa 20 Gramm schwere Gesteinsproben entnimmt und diese in Metallzylindern versiegelt.
Die von den Projektleitern definierte Hauptaufgabe von Perseverance besteht in der Suche nach Biosignaturen, die die Existenz von mikrobiellem Leben auf dem Mars in der Vergangenheit bestätigen können. Daher zielte die Mission zunächst darauf ab, Proben von Sedimentgesteinen vom Seegrund und dem Delta des alten Flusses zu sammeln und zu analysieren. Die Schwierigkeit bestand darin, dass das Paläodelta eine umgekehrte Topographie aufweist. Da Sedimentablagerungen widerstandsfähiger gegen Witterungseinflüsse sind als die umgebenden pyroklastischen Gesteine, bilden die ehemaligen Flussbetten heute Bergrücken, die über die Umgebung hinausragen. Daher beschlossen sie, den Rover nicht in der Deltazone, sondern auf dem flachen Boden des gegenüberliegenden Kraters zu landen.
Das Funktionsprinzip des Geräts ist folgendes: Alle zehn Zentimeter der Flugbahn sendet es elektromagnetische Radarwellen aus, die bis zu 20 Meter tief in den Mars eindringen. Durch die Bestimmung der Impulse reflektierter Wellen, die aus der Tiefe zurückkehren, erstellt das Georadar ein Bild des Untergrundprofils, das Gesteine mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und die Grenzflächen zwischen ihnen mit einer Genauigkeit von einem Zentimeter zeigt.
Bisher war aufgrund geologischer Daten bekannt, dass der Krater vor etwa 3,9 Milliarden Jahren, in der Mitte der Noach-Zeit, entstand. Sein Boden besteht hauptsächlich aus Vulkangestein mit einem Alter von 3,9 bis 3,8 Milliarden Jahren. Und die Sedimentablagerungen des Deltas entstanden vor 3,75 bis 3,5 Milliarden Jahren, im späten Noachium und frühen Hesperium.
Dann bildete sich ein See, an dessen Grund sich Sedimente ablagerten. Im basalen (untersten) Teil der Seesedimente sind die Schichten streng horizontal. Dies deutet darauf hin, dass die Sedimentation im Anfangsstadium in der Umgebung eines riesigen, ruhigen Gewässers stattfand. Allmählich stieg der Seespiegel. Damit einhergehend wuchs die Höhe des Flusssedimentkegels – deltaische Sedimente in seinem westlichen Teil, an der Mündung des Flusses.
Dann kam die Trockenzeit. Das Wasser im See wurde immer weniger und das ruhige Fließen des Flusses wich gelegentlich stürmischen Bächen. Dies wird durch das Vorhandensein vieler Felsbrocken in den undifferenzierten Sedimenten der oberen Deltaablagerungen angezeigt. Dann trocknete der See aus und die zweite Erosionsstufe begann. Zu dieser Zeit entstanden Felsvorsprünge wie Cape Nukshak und tiefe Schluchten wie Hawksbill Gorge.