Vanaf 2016 werd Mars de permanente verblijfplaats van maar liefst acht robotmissies, een combinatie van orbiters, rovers en landers. Tussen uitgebreide studies van de atmosfeer en het oppervlak van Mars hebben wetenschappers veel geleerd over de geschiedenis en evolutie van de planeet. In het bijzonder hebben ze omvangrijke hoeveelheden bewijs ontdekt dat Mars ooit stromend water op zijn oppervlak had.
Het meest recente bewijs hiervoor is afkomstig van de Universiteit van Texas in Austin, waar onderzoekers een onderzoek hebben opgesteld waarin wordt beschreven hoe water sediment in de regio Aeolis Dorsa in Mars heeft afgezet. Volgens hun onderzoek bevat dit gebied uitgebreide sedimentaire afzettingen die fungeren als een historisch record van Mars en de invloed van door water veroorzaakte erosie in de tijd catalogiseren.
De studie, getiteld "Fluvial Stratigraphy of Valley Fills at Aeolis Dorsa, Mars: Evidence for Base-Level Fluctuations Controlled by a Downstream Water Body", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift GeoScienceWorld. Onder leiding van Benjamin D. Cardenas - een geoloog aan de Jackson School of Geosciences aan de Universiteit van Texas in Austin - onderzocht het team satellietgegevens van de regio Aeolis Dorsa om de structuur van sedimentaire afzettingen te bestuderen.
Aeolis Dorsa is al jaren interessant voor wetenschappers omdat het enkele van de meest dicht opeengepakte sedimentaire lagen op Mars bevat, die zijn afgezet door stromend water (ook bekend als fluviale afzettingen). Deze afzettingen zijn zichtbaar vanuit de ruimte vanwege de manier waarop ze een proces hebben ondergaan dat bekend staat als "topografische inversie" - dat bestaat uit afzettingen die lage rivierkanalen vullen en vervolgens worden opgegraven om ingesneden valleien te creëren.
Ingeslepen valleien zijn per definitie topografische dieptepunten die worden geproduceerd door 'rivierachtige' erosie - dat wil zeggen met betrekking tot een rivier of rivieroever. Op aarde worden deze valleien meestal gecreëerd door zeespiegelstijging en vervolgens gevuld met sediment als gevolg van dalende zeespiegel. Als de zeespiegel stijgt, worden de valleien uit het landschap gesneden terwijl de wateren landinwaarts bewegen; en naarmate de zeespiegel daalt, zetten terugtrekkende wateren sediment erin af.
Volgens de studie heeft dit proces voor geofysici en planetaire wetenschappers de mogelijkheid gecreëerd om het geologische record van Mars in drie dimensies en over aanzienlijke afstanden te observeren. Zoals Cardenas Space Magazine via e-mail vertelde:
“Sedimentair gesteente registreert in het algemeen informatie over de omgevingen waaronder ze zijn afgezet. Fluviale (rivier) afzettingen leggen specifiek informatie vast over de manier waarop rivieren lateraal migreerden, de manier waarop ze verticaal verergerden en hoe deze dingen in de loop van de tijd veranderden. ”
Hier op aarde wordt de statigrafie (dat wil zeggen de volgorde en positie van sedimentaire lagen) van sedimentair gesteente al generaties lang door geologen gebruikt om beperkingen op te leggen over hoe de omstandigheden er miljarden jaren geleden op onze planeet uitzagen. Het is pas in de recente geschiedenis dat de studie van sedimentaire lagen is gebruikt om beperkingen op te leggen aan de omgevingsomstandigheden op andere planetaire lichamen (zoals Mars) miljarden jaren geleden.
De meeste van deze onderzoeken hebben echter gegevens opgeleverd die sedimentaire verpakkingen op submeter-schaal niet konden oplossen. In plaats daarvan zijn satellietbeelden gebruikt om grootschalige stratigrafische relaties te definiëren, zoals afzettingspatronen langs waterkanalen langs het water. Met andere woorden, de studies waren meer gericht op het catalogiseren van het bestaan van waterstromen in het verleden op Mars dan op wat er sindsdien is gebeurd.
Zoals Cardenas aangaf, kozen hij en zijn team voor een andere aanpak, die van mening was dat Mars de afgelopen 3,5 miljard jaar veranderingen heeft ondergaan. Zoals hij uitlegde:
“Over het algemeen werd aangenomen dat veel van het oppervlak van Mars niet bijzonder anders is dan 3,5 miljard jaar geleden. We doen ons best om aan te tonen dat het moderne oppervlak in ons studiegebied, Aeolis Dorsa, het resultaat is van begraving, opgraving en ongelijkmatige erosie, en het kan niet worden aangenomen dat het moderne oppervlak überhaupt het oude oppervlak vertegenwoordigt. We proberen echt te laten zien dat wat we vandaag zien, de kenmerken die we vandaag kunnen meten, sedimentaire afzettingen van rivieren zijn, en geen echte rivieren. Dit is ongelooflijk belangrijk om te beseffen wanneer je interpretaties gaat maken van je waarnemingen, en het is vaak een gemist punt. ”
Omwille van hun onderzoek gebruikten Cardenas en zijn team stereoparen met hoge resolutiebeelden en topografische gegevens die werden genomen door de Context Camera (CTX) en het High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) aan boord van de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Deze gegevens werden vervolgens gecombineerd met de Integrated Software for Imagers and Spectrometers (ISIS) - een digitaal beeldverwerkingspakket dat wordt gebruikt door de US Geological Survey (USGS) - en NASA's Ames Stereo Pipeline.
Deze verwerkten de gepaarde afbeeldingen tot topografische gegevens met hoge resolutie en digitale hoogtemodellen (DEM's), die vervolgens werden vergeleken met gegevens van het Mars Orbiting Laser Altimeter (MOLA) -instrument aan boord van de Mars Global Surveyor (MSG). Het uiteindelijke resultaat was een reeks DEM's die qua resolutie een orde van grootte hoger waren dan alles wat eerder was geproduceerd.
Voor dit alles konden Cardenas en zijn collega's stapelpatronen in de rivierafzettingen identificeren, veranderingen in sedimentatiestijlen opmerken en mechanismen voor hun creatie voorstellen. Daarnaast introduceerde het team een geheel nieuwe methode om de stroomrichting van de rivieren die deze afzettingen verlieten te meten, waardoor ze konden zien hoe het landschap de afgelopen paar miljard jaar is veranderd.
"De studie toont aan dat er ongeveer 3,5 miljard jaar geleden een grote watermassa op Mars was en dat deze watermassa langzaam genoeg in volume toenam en afnam, zodat de sedimentatie van de rivier tijd had om de stijlen aan te passen," zei Cardenas. 'Dit komt meer overeen met tragere klimaatveranderingen en minder met catastrofale hydrologische gebeurtenissen. Aeolis Dorsa ligt langs hypothetische kustlijnen van een oude noordelijke oceaan op Mars. Het is interessant om rivierafzettingen aan de kust te vinden bij Aeolis Dorsa, maar het helpt ons niet om de omvang van het waterlichaam (meer, oceaan, enz.) Te beperken "
In wezen concludeerden Cardenas en zijn collega's dat - vergelijkbaar met de aarde - dalende en stijgende waterstanden in een groot waterlichaam de vorming van paleo-valleien in hun studiegebied dwongen. En op een manier die vergelijkbaar is met wat er vandaag op aarde gebeurt, werden rivieren die zich in kustgebieden vormden sterk beïnvloed door veranderingen in de waterstanden van een groot stroomafwaarts waterlichaam.
Al geruime tijd was het een uitgemaakte zaak dat het oppervlak van Mars dood is, de kenmerken ervan zijn in de tijd bevroren. Maar zoals deze studie aantoonde, heeft het landschap aanzienlijke veranderingen ondergaan sinds het zijn atmosfeer en oppervlaktewater verloor. Deze bevindingen zullen ongetwijfeld het onderwerp zijn naarmate we dichter bij het beklimmen van een bemande missie naar het oppervlak van Mars komen.
