Was hat Perseverance in zwei Jahren auf dem Mars gefunden?

Der Rover Perseverance machte im September 2021 ein Selfie, bestehend aus Dutzenden Bildern, über einem Felsen namens Rochette.

JPL-Caltech/NASA, MSSS

Von Liz Kruesi

17. Februar 2023 um 11:00 Uhr

Im August 2021 grub sich der neueste Marsrover auf einem einsamen Kraterboden in einen seiner ersten Felsen.

Der am Arm des Rovers Perseverance befestigte Schlagbohrer schabte den Staub und die Oberfläche mehrere Millimeter von einem Felsvorsprung in einem 5 Zentimeter breiten Kreis ab. Von knapp oben nahm eine der Kameras des Rovers etwas auf, das wie aneinandergekeilte Scherben aussah. Das Vorhandensein ineinandergreifender Kristalltexturen wurde offensichtlich. Diese Texturen entsprachen nicht den Erwartungen der meisten Wissenschaftler, die sich jahrelang auf die Mission vorbereitet hatten.

Anschließend sahen die Wissenschaftler in einer Videokonferenz zu, wie die beiden Spektrometer des Rovers die Chemie dieser vernetzten Texturen enthüllten. Die sichtbaren Formen und die chemische Zusammensetzung zeigten, dass dieses Gestein mit dem Namen Rochette vulkanischen Ursprungs war. Es bestand nicht aus Ton- und Schlickschichten, die man auf dem ehemaligen Seegrund finden würde.

Der Rover mit dem Spitznamen Percy erreichte vor zwei Jahren, am 18. Februar 2021, mit seinem Begleithubschrauber Ingenuity den Jezero-Krater. Percy ist das komplexeste Raumschiff zur Erkundung der Marsoberfläche und baut auf der Arbeit des Rovers Curiosity auf, der sich seit 2012 auf dem Mars befindet, den beiden Rovern Spirit und Opportunity, dem Rover Sojourner und anderen Landern.

Aber der Hauptzweck von Perseverance ist ein anderer. Während sich die früheren Rover auf die Geologie des Mars und das Verständnis der Umwelt auf dem Planeten konzentrierten, sucht Percy nach Anzeichen früheren Lebens. Jezero wurde für die Mars-2020-Mission ausgewählt, weil es aus der Umlaufbahn den Anschein erweckt, es handele sich bei ihm um eine ehemalige Seeumgebung, in der Mikroben gedeihen konnten, und in seinem großen Delta würden wahrscheinlich alle Spuren davon erhalten bleiben. Der Rover bohrt, kratzt und sammelt Teile des Roten Planeten und nutzt seine sieben wissenschaftlichen Instrumente, um die Teile auf Hinweise auf antikes Leben zu untersuchen. Es sammelt auch Proben, um zur Erde zurückzukehren.

Nach der Landung auf dem Roten Planeten testete Perseverance mehrere Monate lang seine Bewegungen und Instrumente, bevor es den Boden des Jezero-Kraters erkundete. Percy reiste dann zum Delta und kam im April 2022 an. Der Rover erkundete die Deltafront bis Dezember, bevor er sorgfältig Proben auf der Oberfläche ablegte. Als nächstes geht es zur Spitze des Deltas.

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Seit der Landung „konnten wir damit beginnen, die Geschichte darüber zusammenzustellen, was in Jezero passiert ist, und sie ist ziemlich komplex“, sagt Briony Horgan, Planetenforscherin an der Purdue University in West Lafayette, Indiana, die bei der Planung von Percys Tag hilft -Tages- und Langzeitoperationen.

Vulkangestein ist nur eine der Überraschungen, die der Rover entdeckt hat. Hunderte von Forschern, die die bisher von Perseverance zurückgesandten Daten durchforsten, haben nun einige Hinweise darauf, wie sich der Krater im Laufe der Zeit entwickelt hat. Dieses Becken war Zeuge fließender Lava, mindestens eines Sees, der vielleicht Zehntausende von Jahren überdauerte, fließender Flüsse, die ein Schlamm-Sand-Delta bildeten, und heftiger Überschwemmungen, die Steine ​​aus weit entfernten Orten mitbrachten.

Jezero hat eine dynamischere Vergangenheit, als Wissenschaftler erwartet hatten. Diese Volatilität hat die Suche nach Sedimentgesteinen verlangsamt, aber auch auf neue Nischen hingewiesen, in denen sich uraltes Leben eingenistet haben könnte.

Beharrlichkeit hat in jeder abgeriebenen Probe kohlenstoffhaltige Materialien – die Grundlage des Lebens auf der Erde – entdeckt, sagt Horgan. „Das sehen wir überall.“ Und der Rover hat noch viel mehr zu erkunden.

Jezero ist ein flacher Einschlagskrater mit einem Durchmesser von etwa 45 Kilometern nördlich des Äquators des Planeten. Der Krater entstand vor 3,7 bis 4,1 Milliarden Jahren, in der ersten Milliarde Jahre unseres Sonnensystems. Es befindet sich in einem älteren und viel größeren Einschlagbecken namens Isidis. An der Westkurve von Jezero weicht ein geätztes altes Flussbett einem ausgetrockneten, fächerförmigen Delta auf dem Kraterboden.

Dieses Delta „ist wie dieser blinkende Wegweiser, der vom Orbit aus gut sichtbar ist und uns sagt, dass es hier ein stehendes Gewässer gab“, sagt der Astrobiologe Ken Williford vom Blue Marble Space Institute of Science in Seattle.

Perseverance landete auf dem Kraterboden etwa zwei Kilometer von der Vorderseite des Deltas entfernt. Wissenschaftler dachten, sie würden dort am Fuße des sogenannten Jezero-Sees verdichtete Erd- und Sandschichten finden. Aber die Landschaft sah sofort anders aus als erwartet, sagt die Planetengeologin Kathryn Stack Morgan vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Stack Morgan ist stellvertretender Projektwissenschaftler für Perseverance.

In den ersten Monaten nach der Landung testete das Mars-2020-Missionsteam langsam und sorgfältig die Bewegungen und Instrumente des Rovers. Doch bei der ersten echten wissenschaftlichen Bohrung in der Nähe des Landeplatzes erkannten die Forscher auf der Erde, was sie gefunden hatten. Die Beschaffenheit des Gesteins, so Stack Morgan, sei „die Textur eines magmatischen Vulkangesteins wie aus dem Lehrbuch“ gewesen. Es sah aus wie vulkanische Lavaströme.

Im Laufe der nächsten sechs Monate offenbarten mehrere weitere Steine ​​auf dem Kraterboden eine magmatische Beschaffenheit. Einige der aufregendsten Felsen, darunter Rochette, zeigten überall Olivinkristalle. „Das Kristallgewebe wurde offensichtlich aus einer Schmelze gekühlt, nicht aus transportierten Körnern“, wie es der Fall wäre, wenn es sich um eine Sedimentprobe handeln würde, sagt Abigail Allwood vom Jet Propulsion Lab. Sie leitet das PIXL-Instrument des Rovers, das mithilfe eines Röntgenstrahls die Zusammensetzung jeder Probe identifiziert.

Missionswissenschaftler gehen nun davon aus, dass der Kraterboden mit magmatischen Gesteinen aus zwei verschiedenen Ereignissen gefüllt ist – beide nach der Entstehung des Kraters, also jünger als im Zeitrahmen von 3,7 bis 4,1 Milliarden Jahren. In einem Fall drängte Magma aus der Tiefe des Planeten an die Oberfläche, kühlte ab und verfestigte sich und wurde später durch Erosion freigelegt. Im anderen Fall strömten kleinere Lavaströme an die Oberfläche.

Röntgenspektrometrie eines abgeschliffenen Gesteins vom Boden des Jezero-Kraters liefert Hinweise auf die Chemie des Gesteins. Diese und andere Daten können Wissenschaftlern bei der Suche nach antikem Leben helfen.

Einigen Teammitgliedern zufolge floss einige Zeit nach diesen Ereignissen Wasser aus dem nahegelegenen Hochland in den Krater und bildete einen See mit einer Tiefe von mehreren zehn Metern und einer Lebensdauer von mindestens Zehntausenden von Jahren. Percys Instrumente haben die Art und Weise aufgedeckt, wie Wasser das magmatische Gestein verändert hat: Wissenschaftler haben beispielsweise Sulfate und andere Mineralien gefunden, für deren Bildung Wasser erforderlich ist, und sie haben leere Löcher in den Rissen des Gesteins gesehen, in denen Wasser Material weggespült hätte. Als dieses Wasser die Flüsse hinunter in den See floss, lagerte es Schlick und Schlamm ab und bildete das Delta. Durch die Überschwemmung wurden 1,5 Meter breite Felsbrocken aus dem entfernten Gelände befördert. Alle diese Ereignisse gingen der Austrocknung des Sees voraus, die möglicherweise vor etwa 3 Milliarden Jahren stattgefunden hat.

Kernproben, die Perseverance sammelt und an Bord lagert, um sie schließlich zur Erde zurückzubringen, könnten Aufschluss darüber geben, wann sich das magmatische Gestein gebildet hat und wann die Marsoberfläche ausgetrocknet ist. In der Zwischenzeit waren der Jezero-See und andere feuchte Umgebungen möglicherweise stabil genug, dass mikrobielles Leben entstehen und überleben konnte.

„Die Festlegung der geologischen Zeitskala ist von entscheidender Bedeutung für unser Verständnis des Mars als bewohnbare Welt“, sagt Stack Morgan. „Und das geht ohne bisherige Proben nicht.“

Ungefähr ein Jahr nach der Landung auf dem Mars rollte Perseverance mehrere Kilometer über den Kraterboden zur Deltafront – wo es auf eine ganz andere Geologie traf.

Deltas kennzeichnen stehende, dauerhafte Gewässer – stabile Orte, die Leben beherbergen könnten. Wenn ein Delta mit der Zeit wächst, fängt es außerdem organisches Material ein und bewahrt es.

Sand und Schlick, die sich an der Mündung eines Flusses in einen See ablagern, werden zu Sedimentmaterial geschichtet und bilden ein fächerförmiges Delta. „Wenn zwischen diesen Sedimenten biologisches Material eingeschlossen ist, wird es sehr schnell vergraben“, sagt die Mars-Geologin Eva Scheller vom MIT, eine Forscherin des Percy-Teams. „Es schafft eine Umgebung, die sehr, sehr gut für die Erhaltung der organischen Substanz ist.“

Bei der Erkundung der Deltafront zwischen April 2022 und Dezember 2022 fand Perseverance einige der gesuchten Sedimentgesteine.

Mehrere Instrumente des Rovers vergrößerten die Texturen und Formen der Gesteine, während andere Instrumente detaillierte Spektralinformationen sammelten und die in diesen Gesteinen vorhandenen Elemente enthüllten. Durch die Kombination der Daten können Forscher herausfinden, woraus die Gesteine ​​bestehen und welche Prozesse sie im Laufe der Äonen verändert haben könnten. Es ist diese Chemie, die Zeichen des alten Lebens auf dem Mars offenbaren könnte – Biosignaturen. Wissenschaftler befinden sich noch im Anfangsstadium dieser Analysen.

Es werde kein eindeutiges Lebenszeichen geben, sagt Allwood. Stattdessen würde der Rover eher „eine Ansammlung von Merkmalen“ offenbaren, wobei sich langsam Beweise dafür verdichten, dass dort einst Leben existierte.

Chemische Eigenschaften, die auf Leben hinweisen, verbergen sich höchstwahrscheinlich in Sedimentgesteinen, wie sie Perseverance an der Deltafront untersucht hat. Besonders interessant sind Felsen mit extrem feinkörnigem Schlamm. In solchen Schlammsedimenten, sagt Horgan, ist – zumindest in Deltas auf der Erde – organisches Material konzentriert. Bisher hat der Rover diese schlammigen Materialien jedoch nicht gefunden.

Aber die untersuchten Sedimentgesteine ​​haben Karbonate, Sulfate und unerwartete Salze zu Tage gefördert – alles Materialien, die auf eine Wechselwirkung mit Wasser hinweisen und wichtig für das Leben, wie wir es kennen, sind. Laut Horgan hat Percy in jedem Gestein, das er abgetragen hat, kohlenstoffbasiertes Material gefunden.

„Wir haben einige wirklich interessante Ergebnisse erzielt, die wir der Community gerne mitteilen möchten“, sagt Horgan über die Erkundung der Deltafront. Einige dieser Details könnten im März auf der Lunar and Planetary Science Conference enthüllt werden.

Bis Anfang Februar hat Perseverance 18 Proben gesammelt, darunter Teile von Marstrümmern und Kerne aus Gesteinen, und sie in versiegelten Kapseln an Bord gelagert, um sie schließlich zur Erde zurückzubringen. Die Proben stammen vom Kraterboden, von Gesteinen an der Deltafront und sogar aus der dünnen Marsatmosphäre.

In den letzten Wochen des Jahres 2022 und den ersten Wochen des Jahres 2023 ließ der Rover die Hälfte der gesammelten Proben fallen – oder besser gesagt: vorsichtig absetzen – sowie ein Röhrchen, das zeigen sollte, ob die Proben irgendwelche irdischen Schadstoffe enthielten. Diese eingefangenen Marsstücke befinden sich nun an der Vorderseite des Deltas, an einem vorher festgelegten Ort, der Three Forks-Region genannt wird.

Wenn Perseverance nicht gut genug funktioniert, um die Proben an Bord zu übergeben, wenn ein zukünftiges Raumschiff zur Probenrückgabe eintrifft, wird diese Mission diese Proben von der Abwurfstelle einsammeln, um sie zur Erde zurückzubringen.

Forscher arbeiten derzeit an Entwürfen für eine gemeinsame Marsmission der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation, die die Proben bergen könnte. Es startete Ende der 2020er Jahre und landete in der Nähe des Rovers Perseverance. Percy würde die Proben auf eine kleine Rakete übertragen, die in den 2030er Jahren vom Mars gestartet und zur Erde zurückkehren sollte. Labortests könnten dann bestätigen, was Perseverance bereits aufdeckt, und noch viel mehr entdecken.

Währenddessen klettert Percy das Delta hinauf, um dessen Spitze zu erkunden, wo möglicherweise noch schlammiges Sedimentgestein zu finden ist. Das nächste Ziel ist der Rand des ehemaligen Sees, wo vor langer Zeit seichtes Wasser stand. Dies ist die Seite, auf die sich Williford am meisten freut. Vieles von dem, was wir über die Geschichte der Entwicklung des Lebens auf der Erde wissen, stammt aus Umgebungen mit flachem Wasser, sagt er. „Dort beginnen sich wirklich reiche Unterwasserökosysteme zu bilden“, sagt er. „Da ist chemisch so viel los.“

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Eine Version dieses Artikels erscheint in der Science News-Ausgabe vom 25. Februar 2023.

KA Farley et al. Wässrig verändertes magmatisches Gestein, entnommen aus dem Boden des Jezero-Kraters auf dem Mars. Wissenschaft. Bd. 377, 30. September 2022, S. 1512. Doi: 10.1126/science.abo219.

W. Liu et al. Ein Olivin-Kumulusaufschluss auf dem Boden des Jezero-Kraters auf dem Mars. Wissenschaft. Bd. 377, 30. September 2022, S. 1513. doi: 10.1126/science.abo2756.

N. Mangold et al. Perseverance Rover enthüllt ein altes Delta-Seen-System und Überschwemmungsablagerungen im Jezero-Krater auf dem Mars. Wissenschaft. Bd. 374, 7. Oktober 2021, S. 711. doi: 10.1126/science.abl4051

E. Scheller et al. Wässrige Alterationsprozesse im Jezero-Krater, Auswirkungen auf den Mars für die organische Geochemie. Wissenschaft. Bd. 378, online veröffentlicht am 23. November 2022. doi: 10.1126/science.abo5204

JR Hollis et al. Die Kraft gepaarter wissenschaftlicher Proximity-Beobachtungen: Parallele Daten von SHERLOC und PIXL auf dem Mars. Ikarus. Bd. 387, online veröffentlicht am 15. November 2022. doi: 10.1016/j.icarus.2022.115179

Liz Kruesi ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Schwerpunkt Astronomie. Sie lebt in Colorado.

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