Marsjański benefis, czyli nowe wieści od najbliższego sąsiada

Pozostałości dawnych plaż na Marsie ciągnących się wzdłuż nieistniejącego dziś oceanu odnalazł chiński łazik Zhurong (publikacja w „Proceedings of the National Academy of Sciences”). Nawet autorzy badań nie spodziewali się, że na sąsiedniej planecie mogły się zachować w tak doskonałej formie fragmenty strefy brzegowej funkcjonującej na granicy wielkiego lądu i rozległego oceanu zapewne przez dziesiątki milionów lat. O tym, że nie był to krótki epizod w dziejach globu, świadczy znaczna grubość warstwy osadów plażowych wynosząca nawet 35 m, a także fakt, że składają się one z drobin piasku. Wiek plaż określono na ok. 4 mld lat. Dla porównania, na Ziemi najstarsze znane osady o podobnej genezie liczą ok. 3,1 mld lat – odkryto je w ubiegłym roku w indyjskim stanie Jharkhand.

Plaże: obietnica czy raczej utopia

O marsjańskich plażach wiadomo mniej niż o tych z Indii, ponieważ chiński łazik nie miał do nich bezpośredniego dostępu. Zhurong wylądował na Czerwonej Planecie w maju 2021 r. i w ciągu kolejnych dwunastu miesięcy pokonał dystans 2 km, po czym przestał działać. Zanim jednak zamilkł, wysłał na Ziemię dane pochodzące z radaru penetrującego ziemię – urządzenia wykorzystującego impulsy fal elektromagnetycznych do zaglądania pod powierzchnię gruntu. Na Ziemi georadary są powszechnie wykorzystywane w geologii, archeologii, hydrologii, inżynierii, czy też do identyfikowania zakopanych rur, kabli, czy innych obiektów. Postanowiono, że Zhurong zabierze taki instrument na Marsa.

Nieprzypadkowo. Celem chińskiej misji była Utopia Planitia – równinne, koliste obniżenie o średnicy ponad 3 tys. km znajdujące się na półkuli północnej Czerwonej Planety. Jest to największy w całym Układzie Słonecznym basen impaktowy, który – jak oceniają naukowcy – powstał ponad 4,1 mld lat temu w wyniku upadku obiektu o średnicy ok. 500 kilometrów. Później został wypełniony grubą warstwą osadów, a na koniec zalał go ocean, który zajmował wtedy znaczny fragment północnej części globu. Zhurong posłano w rejon, gdzie – jak sugerowały wcześniejsze obserwacje prowadzone przez sondy orbitalne – przebiegała granica pomiędzy oceanem a leżącym na południe od niego lądem.

Łazik mógł przy pomocy fal radarowych zbadać grunt do głębokości ok. 80 m. Tyle wystarczyło, aby znaleźć pozostałości dawnych plaż. Te kryły się bowiem zaledwie 10 m pod powierzchnią gruntu. Szczęśliwym trafem w wkrótce po zniknięciu oceanu – w geologicznej skali czasu są to tysiące lub dziesiątki tysięcy lat – zostały zagrzebane pod młodszymi warstwami materiału naniesionego przez wiatr lub też pochodzącego z nieodległych impaktów i erupcji wulkanicznych. Dzięki temu nie zostały zniszczone przez erozję. „Na obrazach radarowych są bardzo podobne do współczesnych plaż na Ziemi. Jakby tych miliardów lat nigdy nie było” – mówi Michael Manga, geomorfolog z University of California w Berkeley, jeden z trzech głównych autorów badań (dwaj pozostali to Liu Hai z Uniwersytetu Kantońskiego oraz Fang Guangyou z Chińskiej Akademii Nauk).

Konsekwencje odkrycia mogą być rozliczne. Po pierwsze, istnienie piaszczystych plaż – wiemy to z Ziemi – świadczy o energicznym niszczeniu lądów przez rzeki spływające z nich do oceanu, a zatem o obfitości wody nie tylko morskiej, ale i słodkiej. Te wilgotne epizody musiały być dość długie. Piasek plażowy nie bierze się bowiem znikąd i nie powstaje z dnia na dzień. Najpierw skała ulega zniszczeniu, następnie powstały materiał jest znoszony do oceanu i pozostawiany na brzegu przez fale. Brzeg musi być jednak odpowiednio płaski i łagodnie opadać w stronę zbiornika wodnego, co oznacza, że wszelkie klify, jakie istniały wcześniej, także musiały zostać unicestwione przez sztormowy przybój. Na to wszystko potrzeba wielu milionów lat, a grubość warstwy plażowego materiału zidentyfikowanego przez łazik sugeruje – zdaniem autorów badań – że były to raczej dziesiątki milionów.

Po drugie, brzegi morskie tworzą jeden z najbardziej dynamicznych krajobrazów, co sprawia, że płytkie wody przybrzeżne są zwykle dobrze wymieszane, zasobne w gazy atmosferyczne i związki mineralne, a także oświetlone promieniami słonecznymi. Według jednej z głównych hipotez tłumaczących narodziny życia mogło się one pojawić właśnie w takich ciepłych, płytkich strefach litoralnych. Być może podczas kolejnych misji marsjańskich uda się którejś z sond dowiercić do osadów z tych plaż i odnaleźć w nich jakieś obiecujące tropy, czy wręcz ślady życia?

Czerwień: z hematytu czy niekoniecznie

Może też uda się przy okazji ustalić, jaki te najstarsze marsjańskie plaże miały kolor? Współczesna Ziemia oferuje pod tym względem spory wybór. Istnieją plaże żółte, białe, czarne, zielone, a nawet różowe. A na Marsie? Jak wiemy, dziś jest on czerwony od znacznej zawartości tlenków żelaza, które jednak mogą tworzyć wiele minerałów. Do niedawna sądzono, że na Czerwonej Planecie dominuje hematyt, który miał powstawać w wyniku reakcji żelaza obecnego w skałach z tlenem obecnym w atmosferze już po utracie przez planetę wód powierzchniowych. Nowe analizy sugerują jednak, że czerwień Marsa pochodzi w dużym stopniu od minerału zwanego ferryhydrytem, do którego powstania potrzebna jest… woda. Potwierdza to eksperyment przeprowadzony przez naukowców z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), a opisany dziś w „Nature Communications”.

Adomas Valantinas ze współpracownikami przygotował w laboratorium kilkanaście replik marsjańskiego gruntu – każda zawierała inną mieszankę zmielonej skały i minerałów z grupy tlenków żelaza. Po kolei poddawano je analizie przy pomocy takich samych instrumentów, jak te, które znajdują się na marsjańskich satelitach: Mars Express i Mars Reconnaissance Orbiter. „Ferryhydryt wymieszany ze skałą bazaltową najlepiej pasował do danych dostarczanych przez obie sondy. To sugeruje, że czerwień Marsa jest bardzo stara i pochodzi z czasów, gdy był on wilgotną planetą” – mówi Valantinas. Zatem prastare plaże Czerwonej Planety mogły być po prostu czerwone, a wcześniej zapewne czarne – od bazaltów, zanim te pokryły się rdzą.

Jądro: stałe czy na pewno nie

W ramach benefisu urządzonego w tym tygodniu Marsowi przez naukowców – ten sam numer „Nature Communications” publikuje wyniki jeszcze jednego eksperymentu dotyczącego samego centrum naszej wcześnie zrudziałej sąsiadki. Autorzy badań sądzą, że może się tam znajdować stałe jądro wewnętrzne. Co innego sugerują pomiary sejsmologiczne wykonane w ostatnich latach przez lądownik InSight – kolejną marsjańską sondę, która zamilkła w 2022 r. Wynika z nich, że jądro Marsa jest w całości płynne. Jednoznaczne rozstrzygnięcie tej zagadki wymagałoby wysłania w daleką podróż kolejnego sejsmometru, a najlepiej kilku rozmieszczonych w różnych zakątkach globu, na co na razie się nie zanosi.

Jądro Marsa, podobnie jak to Ziemi, jest zbudowane głównie z żelaza, ale zawiera też sporą domieszkę siarki i innych lżejszych pierwiastków. W 2022 r. japońscy badacze po przeprowadzeniu serii symulacji komputerowych uznali, że to właśnie te domieszki dawno temu wyłączyły pole magnetyczne Marsa, w wyniku czego utracił on atmosferę i hydrosferę, a może też biosferę wylegującą się na czerwono-czarnych plażach Utopia Planitia.