Fast fünf Monate lang im Jahr 2022 sammelte der NASA-Rover Perseverance Gesteinsproben vom Mars, die die Geschichte des Wassers auf dem roten Planeten neu schreiben und sogar Beweise für früheres Leben auf dem Mars enthalten könnten.
Die darin enthaltenen Informationen können jedoch nicht ohne eine detailliertere Analyse auf der Erde extrahiert werden. Dazu ist eine neue Mission zum Planeten erforderlich, um die Proben zu bergen und zurückzubringen. Wissenschaftler hoffen, die Proben bis 2033 auf der Erde zu haben, obwohl sich die Probenrückführungsmission der NASA möglicherweise verzögern wird.
„Diese Proben sind der Grund, warum unsere Mission durchgeführt wurde“, sagte David Shuster, Co-Autor der Studie, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften an der University of California in Berkeley und Mitglied des NASA-Wissenschaftsteams für Probenentnahme. „Das ist genau das, was alle erreichen wollten. Und wir haben es geschafft. Das ist es, wonach wir gesucht haben.“
Die entscheidende Bedeutung dieser Gesteine, die aus Flussablagerungen in einem ausgetrockneten See entnommen wurden, der einst einen Krater namens Jezero füllte, wird in einer Studie ausführlich beschrieben, die am 14. August in AGU Fortschritte.
„Dies sind die ersten und einzigen Sedimentgesteine, die auf einem anderen Planeten als der Erde untersucht und gesammelt wurden“, sagte Shuster. „Sedimentgesteine sind wichtig, weil sie durch Wasser transportiert, in einem stehenden Gewässer abgelagert und anschließend durch chemische Prozesse verändert wurden, an denen irgendwann in der Vergangenheit flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Mars beteiligt war. Der einzige Grund, warum wir nach Jezero gekommen sind, war die Untersuchung dieser Gesteinsart. Dies sind absolut fantastische Proben für die übergeordneten Ziele der Mission.“
Shuster ist Co-Autor des Artikels zusammen mit der Erstautorin Tanja Bosak, einer Geobiologin am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge.
„Diese Gesteinskerne sind wahrscheinlich die ältesten Materialien, die wir aus einer bekannten Umgebung gewonnen haben, in der Leben möglich war“, sagte Bosak. „Wenn wir sie zur Erde zurückbringen, können sie uns viel darüber erzählen, wann, warum und wie lange es auf dem Mars flüssiges Wasser gab und ob auf diesem Planeten eine organische, präbiotische und möglicherweise sogar biologische Evolution stattgefunden haben könnte.“
Bedeutsam ist, dass einige der Proben sehr feinkörnige Sedimente enthalten. Bei diesem Gesteinstyp sind die Spuren mikrobiellen Lebens auf dem Mars am wahrscheinlichsten – falls es dort jemals Leben gab oder gibt.
„Flüssiges Wasser ist in all dem ein Schlüsselelement, denn es ist, soweit wir es verstehen, die Schlüsselzutat für biologische Aktivität“, sagte Shuster, ein Geochemiker. „Feinkörniges Sedimentgestein auf der Erde ist dasjenige, das am wahrscheinlichsten Signaturen früherer biologischer Aktivität, einschließlich organischer Moleküle, bewahrt. Deshalb sind diese Proben so wichtig.“
Am 25. Juli gab die NASA bekannt, dass Perseverance neue Gesteinsproben von einem Felsvorsprung namens Cheyava Falls gesammelt habe, die ebenfalls Anzeichen für früheres Leben auf dem Mars enthalten könnten. Die wissenschaftlichen Instrumente des Rovers entdeckten Hinweise auf organische Moleküle, während „Leopardenflecken“-Einschlüsse in den Gesteinen Merkmalen ähneln, die auf der Erde oft mit versteinertem mikrobiellen Leben in Verbindung gebracht werden.
In einer Stellungnahme sagte Ken Farley, Perseverance-Projektwissenschaftler am Caltech: „Wissenschaftlich gesehen hat Perseverance nichts mehr zu bieten. Um vollständig zu verstehen, was vor Milliarden von Jahren in diesem Mars-Flusstal am Jezero-Krater wirklich passiert ist, müssten wir die Probe von den Cheyava-Fällen zur Erde zurückbringen, damit sie mit den leistungsstarken Instrumenten untersucht werden kann, die in Laboren zur Verfügung stehen.“
Sedimente enthalten die Antworten
Shuster stellte fest, dass Jezero und der Sedimentfächer, den der Fluss, der einst in ihn mündete, hinterlassen hatte, wahrscheinlich vor 3,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Dieses reichlich vorhandene Wasser ist heute verschwunden, entweder im Untergrund eingeschlossen oder im Weltraum verloren gegangen. Aber der Mars war schon zu einer Zeit nass, als es auf der Erde – in Form von Mikroben – bereits überall Leben gab.
„Zu diesem Zeitpunkt, vor 3,5 Milliarden Jahren, gab es bereits Leben auf der Erde“, sagte er. „Die grundlegende Frage ist: Gab es zu diesem Zeitpunkt auch Leben auf dem Mars?“
„Wenn Sie mir das Szenario eines Flusses vorstellen, der in den letzten 3,5 Milliarden Jahren in einen Krater fließt und Material zu einem stehenden Gewässer transportiert, hat sich überall auf der Erde die Biologie festgesetzt und auf die eine oder andere Weise ihre Spuren hinterlassen“, fügte Shuster hinzu. „Und insbesondere im feinkörnigen Sediment hätten wir eine sehr gute Chance, diese Biologie in den Laborbeobachtungen aufzuzeichnen, die wir an diesem Material auf der Erde durchführen können.“
Shuster und Bosak räumen ein, dass die organische Analyseausrüstung an Bord des Rovers in den vier Proben aus dem Sedimentfächer keine organischen Moleküle entdeckt hat. Organische Moleküle werden von den Lebensformen, die wir auf der Erde kennen, verwendet und produziert, obwohl ihre Anwesenheit kein eindeutiger Beweis für Leben ist.
„Wir konnten in diesen Schlüsselproben keine organischen Verbindungen eindeutig feststellen“, sagte Shuster. „Aber nur weil dieses Instrument keine organischen Verbindungen entdeckt hat, heißt das nicht, dass diese in diesen Proben nicht vorhanden sind. Es bedeutet nur, dass sie in diesen bestimmten Gesteinen nicht in einer Konzentration vorhanden waren, die von den Rover-Instrumenten nachgewiesen werden konnte.“
Bisher hat Perseverance insgesamt 25 Proben gesammelt, darunter Duplikate und atmosphärische Proben sowie drei „Zeugenausleseröhrchen“, die mögliche Schadstoffe rund um den Rover aufzeichnen. Acht Duplikate von Gesteinsproben sowie eine atmosphärische Probe und ein Zeugenröhrchen wurden im sogenannten Three Forks-Cache auf der Oberfläche von Jezero als Backup deponiert, falls der Rover Probleme hat und die Proben an Bord nicht geborgen werden können. Die anderen 15 Proben – darunter die am 21. Juli gesammelte Probe von den Cheyava-Fällen – verbleiben an Bord des Rovers und warten auf ihre Bergung.
Shuster war Teil eines Teams, das die ersten acht gesammelten Gesteinsproben analysierte, zwei von jeder Stelle auf dem Kraterboden. Es handelte sich allesamt um magmatisches Gestein, das wahrscheinlich entstand, als ein Meteoriteneinschlag in die Oberfläche einschlug und den Krater aushöhlte. Diese Ergebnisse wurden in einem Artikel aus dem Jahr 2023 veröffentlicht und basieren auf Analysen der Instrumente an Bord von Perseverance.
Das neue Papier ist eine Analyse von sieben weiteren Proben, von denen drei Duplikate sind, die jetzt auf der Marsoberfläche gelagert werden und zwischen dem 7. Juli und dem 29. November 2022 von der Vorderseite des westlichen Sedimentfächers in Jezero gesammelt wurden. Bosak, Shuster und ihre Kollegen fanden heraus, dass die Gesteine hauptsächlich aus Sandstein und Tonstein bestehen, die alle durch fluviale Prozesse entstanden sind.
„Perseverance stieß an der Vorderseite, der Oberseite und am Rand des westlichen Jezero-Fächers auf durch Wasser abgelagerte Sedimentgesteine und sammelte eine Probensammlung, die aus acht karbonathaltigen Sandsteinen, einem sulfatreichen Tonstein, einem sulfatreichen Sandstein und einem Sand-Kiesel-Konglomerat bestand“, sagte Bosak. „Die an der Vorderseite des Fächers gesammelten Gesteine sind die ältesten, während die an der Oberseite des Fächers gesammelten Gesteine wahrscheinlich die jüngsten Gesteine sind, die während der Wasseraktivität und Sedimentablagerung im westlichen Fächer entstanden sind.“
Während Bosak vor allem an möglichen Biosignaturen in den feinkörnigen Sedimenten interessiert ist, enthalten die grobkörnigen Sedimente laut Shuster ebenfalls wichtige Informationen über das Wasser auf dem Mars. Obwohl sie wahrscheinlich keine organischen Stoffe oder potentielle biologische Materialien enthalten, enthalten sie Karbonatmaterialien und Detritus, die von dem inzwischen verschwundenen Fluss von stromaufwärts angeschwemmt wurden. Sie könnten daher dabei helfen, zu bestimmen, wann auf dem Mars tatsächlich Wasser floss, was der Hauptschwerpunkt von Shusters eigener Forschung ist.
„Mithilfe der Laboranalyse dieser detritischen Mineralien konnten wir quantitative Aussagen darüber treffen, wann die Sedimente abgelagert wurden und wie die Chemie des Wassers war. Wie hoch war der pH-Wert (Säuregehalt) des Wassers, als diese sekundären Phasen ausfielen? Zu welchem Zeitpunkt fand diese chemische Veränderung statt?“, sagte er.
„Wir haben jetzt diese Kombination von Proben in der Probensuite, die es uns ermöglichen wird, die Umweltbedingungen zu verstehen, als das flüssige Wasser in den Krater floss. Wann floss das flüssige Wasser in den Krater? War es intermittierend?“
Die Antworten auf diese Fragen seien auf Analysen der zurückgebrachten Materialien in terrestrischen Labors angewiesen, um die darin aufgezeichneten organischen, isotopischen, chemischen, morphologischen, geochronologischen und paläomagnetischen Informationen aufzudecken, betonten die Forscher.
„Eines der wichtigsten Ziele der Planetenforschung ist es, diese Proben zurückzubringen“, sagte Shuster.
Weitere Informationen:
Astrobiologisches Potenzial von Gesteinen, die vom Rover Perseverance an einer Sedimentfächerfront im Jezero-Krater auf dem Mars erfasst wurden. AGU Fortschritte (2024).