Wissenschaftliche Ergebnisse der Mars Exploration Rover Mission

Grundlage: Übersetzung des Poster von http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/posters/SpiritPosterBack.pdf

Die beiden Mars Rover "Spirit" und "Opportunity" haben während ihrer langen Missionsdauer etliche Hinweise gefunden, die auf das ehemalige Vorhandensein von Wasser auf dem Mars hinweisen. Einige Entdeckungen konnten bereits von Mars Orbitern vorbereitet werden, während andere erst durch die Analyse der Gesteine vor Ort erfolgt sind. Spirit erforschte während seiner Missionszeit im Gusev Krater einen Hügel und ein ehemaliges vulkanisches Plateau namens "Homeplate". Opportunity fand in der Meridiani Ebene unterschiedliche Hinweise auf eine ehemals nasse Umgebung der Marsoberfläche.

Wasser und Salze

Salze sind die Produkte einer Reaktion von Säure mit eines Base (oder Alkali). Das Ergebnis ist eine neutrale Substanz und normalerweise Wasser. Die chemischen Reaktionen, die Salze erzeugen, setzen voraus, dass die beiden Komponenten in einer wässerigen Lösung zusammenkommen. Spirit und Opportunity haben herausgefunden, dass Salze häufig auf dem Mars zu finden sind.

Spirit fuhr sich gegen Ende seiner Mission am Hang des Plateaus 'Homeplate' in einem mit Sand befüllten Krater fest. Als versucht wurde, den festgefahrenen Rover aus dem Sand zu befreien, wurde der Boden teilweise umgegraben. Die Fahrversuche förderten dabei hellen Boden um das linke Vorderrad zu Tage. Diese Stelle wurde 'Ulysses' genannt. Zum Vorschein kamen Sulfate, die knapp unter der Oberfläche begraben waren. Durch die Kombination der Messungen des Mößbauer-Spektrometers, des APXS-Spektrometers und den Daten der PanCam konnte ein in sich konsistente Schlussfolgerung gezogen werden, dass Ulysses moderat hydrierte Eisensulfate enthält. Diese Sulfate könnten durch eine vulkanisch Dampfquelle entstanden sein. {{literatur Autor=Spirit Mars Rover Mission: Overview and selected results from the northern Home Plate Winter Haven to the side of Scamander crater, 2010, Seite 15 }}</ref>

Der dünne, verkrustete Boden unterhalb der Oberfäche, die am östlichen Rand von Ulysses zu Tage traten, sind mit Hämatit und Eisensulfaten angereichert. Die wahrscheinlichste Erklärung für das Auftreten von Eisensulfaten und basaltischem Sand innerhalb des Kraters ist, dass diese Mineralien von anderen Orten hierher geweht wurden und sich als Windablagerungen angesammelt haben. Vorlage:Literatur Seite 17 Dann trat episodisch neutrales bis leicht saures Wasser in den Böden in den Tälern um die Home Plate herum auf. Eine wasserhaltige Lösung sickerte dann unter die Oberfläche und hinterließ eisensulfathaltige Schichten nur wenige Zentimeter unterhalb der Oberfläche. Die sulfatreichen Ablagerungen und die verkrusteten Böden folgen der Topographie, dies gibt einen Hinweis auf die zeitliche Abfolge der Ablagerungen. Ein Schlußfolgerung kann daraufhin gezogen werden, dass Frostbildung und Schnee die hierzu notwendige Wassermenge lieferte (z.B. während einer Zeit, als die Marsachse eine höhere Neigung aufwies als heute). Vorlage:Literatur Seite 18

Spirit hatte mit seinem festsitzenden Rad während einer Fahrt auf der Ostseite der Homeplate am Sol 1148 den Sand teilweise umgegraben. Zum Vorschein kam an diesem Ort, der "Gertrude Weise" benannt wurde, eine weiße Substanz, die sich als fast reines Silikat herausstellte. Spektren, die mit dem MINI-Tes aufgenommen wurden, zeigten spektrale Eigenschaften, die mit opalinen Silikat in Verbindung stehen. Die mit der PanCam aufgenommenen Nah-Infrarot-Reflektionsspektren zeigen Eigenschaften, welche konsistent mit Vorhandensein von Wasser in hydratisierten Mineralien sind. Dieses Ablagerung von fast reinem Silikat könnte sich gebildet haben, als heißer Vulkandampf oder heißes Wasser durch den Boden durchsickert ist. Solche Ablagerungen werden auch auf der Erde bei heißen Quellen gefunden, wie z.B. im Yellowstone National Park. Vorlage:Literatur Autor=Squyres Detection of Silica-Rich Deposits on Mars Datum=23.05.2008 DOI: 10.1126/science.1155429 URL=http://www.sciencemag.org/content/320/5879/1063.full.pdf?sid=573346e8-f976-40bf-a2aa-151a672b00bc FOTO: Spirit Sol 1202 Tyrone?

Die Entdeckung solcher Ablagerungen sind ein wichtiger Punkt, um einzuschätzen, ob die frühere Umgebung des Mars lebenswert gewesen ist, da bei hydrothermalen Umgebungen auf der Erde blühende mikrobiologische Systeme existieren.

Blueberries: Mineralien, die sich in säurehaltigen Wasser bildeten

In Meridiani Planum, in dem Opportunity landete, wurden bald kleine Kügelchen entdeckt, die den Spitznamen "Blueberries" bekamen. Diese sind teilweise lose über die Oberfläche verteilt, manchmal auch noch in einzelnen Steinschichten fest eingebettet. Die Verteilung der Blueberries im Gestein ist eher gleichmäßig als rein zufällig.

Hier konnten Messungen mit dem Mößbauer-Spektrometer zeigen, dass diese hauptsächliche aus Hämatit bestehen. Auf der Erde bildet sich Hämatit meistens in Wasser. Wasser stellt hier Sauerstoffatome zur Verfügung, die sich mit den Eisenatomen im Mineral binden. Auf dem Mars ist es wahrscheinlich, dass (saures) Grundwasser Eisen gelöst hatte. Als es durch den Sandsteinschichten der Meridiani Ebene geflossen ist, lagerte sich das Eisen ab und es wurden diese kleinen Kügelchen gebildet. {{literatur titel=In Situ Evidence for an Ancient Aqueous Environment at Meridiani Planum Datum=03.12.2004 DOI=10.1126/science.1104559 Autor=S.W.Squyres et. Al. URL=http://www.sciencemag.org/content/306/5702/1709.full.pdf?sid=03a23ab0-eaad-4d83-aec2-4836a25a28a7}}

Dies muss im stehenden oder langsam fließendem Grundwasser geschehen sein, damit sich genügend Hämatit aus dem Wasser ausfällen konnte. {{literatur titel=Opportunity Rover Two Years at Meridiani Planum: Two Years at Meridiani Planum: Results from the Opportunity Rover Datum=08.09.2006 DOI: 10.1126/science.1130890 Autor=S.W.Squyres et. Al. URL=http://www.sciencemag.org/content/313/5792/1403.full.pdf?sid=573346e8-f976-40bf-a2aa-151a672b00bc}}

FOTO Blueberries

Die Kügelchen sind in größeren Tiefen größer als solche in höher gelegenen Schichten, was nahelegt, dass die Auswirkung des Grundwassers mit wachsender Tiefe zunahm. Sqyures6 Exploration of Victoria Crater by the Mars Rover Opportunity 2009

Sulfate

Sulfate benötigten für ihre Bildung jedoch lediglich punktuell auftretende Konzentrationen von salzigem Wasser, welches zudem nicht dauerhaft über einen längerem Zeitraum auf der Planetenoberfläche aufgetreten sein müsste.

Kleine Spalten und Risse bilden häufig polygonale Strukturen in den freigelegten Oberflächen der Meridiani Gesteine. Diese Risse durchziehen auch die vorhandene Gesteinsschichtung, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die Risse erst nach der Ablagerung entstanden sind. Wenn Sulfate austrocknen, so verlieren sie einen wesentlichen Teil ihres Volumens. Die gefundenen Spalten könnten dadurch entstanden sein, dass die Sulfatmineralien durch Wasserverlust ihr Volumen verkleinerten, als die Umgebungsbedingungne trockener wurden.

Squyres1 Opportunity Rover Two Years at Meridiani Planum: Results from the 2006

Jarosite

Zusätzlich fand Opportnity direkt an seinem Landeplatz im Eage Krater ein weiteres Mineral namens "Jarosite". Wie Hämatit bildet sich Jarosit in säurehaltigem Wasser

Das nebenstehende Spekturm, welches vom Mößbauer-Spektrometer erstellt wurde, zeigt eisenhalteige Jarosit-Mineralien im Gesteinsaufschluss namens "El Capitain". Die beiden gelben Spitzen im Diagram zeigen Jarosit an, welches Wasser in Form von Hydroxyl in seiner Struktur enthält. Die Daten zeigen, dass wassergetriebene Prozesse auf dem Mars existieren oder existiert haben.

Spuren von aufgelösten Mineralien

Bilder von Opportunitys PanCam und dem Microscopic Imager zeigen, dass der Aufschluss "El Capitain" übersäht ist mit länglichen Hohlräumen (Vugs) von ca. 1 cm Länge und einer Breite von 1-2 mm in unterschiedlichen Ausrichtungen. Die Hohlräume sind im Eagle Krater ungleichmäßig verteilt. In den Gesteinen, in denen sie auftreten, bedecken sie ca. 5% der Oberfläche. Geologen ist dieses bestimmte Muster von Stellen bekannt, an denen sich salzhaltige Mineralien innerhalb von Steinen, die in in salzigem Wasser liegen, ablagern. Wenn sich die Kristalle später wieder in nicht ganz so salzhaltigem Wasser auflösen bleiben diese Hohlräume (Drusen) zurück.FOTO VUGS

Squyres5

Tonminerale

Am Rand des Endeavour Kraters suchte Opportunity nach Tonminerale, deren Signaturen sich in spektralen Aufnahmen aus dem Orbit zeigen. Die bisher gefundenen Sulfatmineralien bildeten sich in einem Mix aus Mineralien und säurehaltigem Wasser. So eine saure Umgebung stellt eine eher schlechte Lebensgrundlage dar.

Die Tonmineralien auf dem Mars bildeten sich jedoch in pH-neutralem Wasser. Dieser Fund deutet auf eine zeitweise lebensfreundlichere Umgebung hin. Für die Bildung von Tonmineralen muss auf der Marsoberfläche über einen längeren Zeitraum mit Wasser interagiert haben. FOTO Whitewater lake

Karbonate

In einem Gesteinsaufschluss namens "Comanche", der von Spirit im Dezember 2005 untersucht wurde wurden ebenfalls Mineralien gefunden, die sich in neutralem Wasser gebildet hatten. Spirit untersuchte dieses Gestein mit dem Mößbauer-Spektrometer, dem MiniTES und dem APXS-Spektrometer. Im Jahr 2010 konnten Wissenschafter anhand diese Daten zeigen, dass ein Viertel des Gesteins aus Magnesiumeisenkarbonat besteht. Diese Konzentration ist bis zu 10 mal höher als bei jedem vorher untersuchten Stein. Morris1 FOTO Comanche

Karbonate entstehen unter nassen, nahezu neutralen Bedingungen, lösen sich jedoch in Säure wieder auf. Dieser Fund ist der erste eindeutige Hinweis der beiden Rover, dass die in früherer Zeit die Oberfläche des Mars lebensfreundlicher war als die säurehaltigen Umgebungen, die bisher gefunden wurde.

Die Karbonate im Gusev Krater lagerten sich wahrscheinlich aus karbonathaltigen Lösungen unter hydrothermalen Bedingungen bei einem nahezu neutralen pH Wert ab, in Verbindung mit vulkanischer Aktivität in der Noachischen Ära. Morris1 Die Entdeckung von hohen Konzentration von Karbonaten im Comanche-Aufschluss dient als Grundlage für Klimamodelle, die CO2 als Treibhausgas für einen nassen und warmen Mars einschließen und nachfolgendes Ablagern von mindestens Teilen der Atmosphäre in Karbonat-Mineralien voraussagen. Morris1

Gips

Der Endeavour Krater ist 4 Milliarden Jahre alt und hat einen Durchmesser von 22 km. Nahe dem Südende des Cape York wurde von Opportunity der Odyssey Krater erforscht, der von einem Feld von beim Einschlag ausgeworfenen Felsen umgeben ist. Ein Fels namens "Tisdale" wurde im Detail untersucht, da er Zugriff auf älteres Gestein bot. APXS Messungen ergaben, dass hier eine der höchsten Konzentrationen von Zink auftreten, die bisher auf dem Mars gemessen wurden. Die Aufheizung des Bodens beim Einschlag, der einen Krater in der Größe des Endeavour Kraters hervorbringt, war ausreichend, um hydrothermale Aktivitäten zu verursachen, wenn Wasser vorhanden ist. Im Stein Tisdale fand Opportunity Hinweise darauf, dass der ursprüngliche Einschlag Grundwasser aufgeheizt hat, welches diese Zink-Anreicherung im Stein zurückgelassen hatte. Squyres7

Nach dem Einschlag floss kälteres Wasser durch Spalten im Untergrund nahe des Kraters und lagerte Gips ab, die sich entlang der Spalten als Venen ausbildeten. Gips ist das häufigste Sulfatmineral auf der Erde und bleibt häufig als Rest übrig, wenn das Wasser verdampft ist. Diese hellen mineralische Venen wurde bisher noch nirgends auf dem Mars gefunden.

Opportunity entdeckte am Rande des Cape York auffällige helle Gesteinsslinien (Venen), die näher untersucht wurden. Hoemstake bildet eine nicht durchgehende, Kante mit einer Breite von 1-1,5 cm und ist ca. 50 cm lang. Sie steht ca. 1 cm über dem umgebenden Gestein. Sie scheint also resistenter gegen Erosion zu sein als das Gestein, in dem sie eingebettet ist.

BILD Homestake

Cape York ist umgeben von einer leicht abfallendenden Terrasse, die auf der westlichen Seite ca. 6 m breit ist, und ca. 20 m auf der östlichen Seite, der Endeavour Krater zugewandten seite. Die äußeren Teile der Terasse auf der westlichen Seite sind freiliegende, helle dünne geeschichtete Sandsteine, deren Schichtung flach in richtung der Ebene abfällt. Diese Sandsteineschichten liegen direkt über dunkleren körnigen Sedimentgesteienen, die den inneren Rand der Terrasse bilden. Diese Anordnung wird so interpretiert, dass die Burns Formation auf dem älteren Sediment Material der "Shoemaker" Formation aufliegt. Die inneren Rändern de Terrassen überlappen den Noachischen Brekzien, die die inneren hänge des Cape Yorks bildern.

Das Gesteine der Terrassen sind in vielen Stellen durch helle lineare Venen durchzogen. Diese sind leicht sichtbar in vortretenden dunklenn sedimentmaterial der Innenseite der Terrassen. Sie treten jedoch auch in den hellen Aufschlüssen des Sandsteins der Burns Formation auf. Messungen von 37 venen ergaben eine durschnittliche breite von 2 cm und eine durchschnittliche, sichtbare, Länge von 33 cm.

Squyres7

Rippel: Versteinerter Ufersand

Squyres5: Science-2004-Squyres-1709-14-In Situ Evidence for an Ancient Aqueous Environment at Meridiani Planum Bild: Pancam image of Scoop, a rock just outside Eagle crater, showing small-scale ripple cross-lamination with festoon geometry

Im der Gesteinen im Eagle-Krater und im Endurance Kater sind girlandenähnliche, rippelförmige Schrägschichtungen sichtbar. Diese Schichtungen mit nur einer Dicke von 0,8 bis 1,8 cm sind das vermutlich das Ergebnis von fließendem Wasser. Die vorgefundene Anordnung von Schichten deutet auf Transport von Sedimenten durch Rippel unterhalb der Wasseroberfläche hin. Es ist bekannt, dass sich solche Ablagerungen in dieser Größe nur unter Wasser und bei Strömungsgeschwindigkeiten von wenigen Dezimentern pro Sekunde bilden. Solche wellenartigen Rippelstrukturen bilden sich auf der Erde z.B. an Sandstränden. Die im Vergleich zur Erde geringere Marsgraviation hat nur einen geringen Effekt auf den Sedimenttransport und die Größe des gefundenen Strukturen.

Diese, wahrscheinlich unkanalisierten, Wasserstömungen könnten durch die Schwerkraft des Mars angetrieben worden sein. Diese Strömungen entstanden durch immer wiederkehrende Überflutungen der Salztonebenen, die die Meridiani Oberfläche bedeckten. Grötzinger2 : Stratigraphy and sedimentology of a dry to wet eolian depositional system, Burns formation, Meridiani Planum, Mars 2005

Sandstein Playas

BURNS CLIFF:

Weblinks

Commons: Mars Exploration Rovers – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien