Met het gezoem van een speciaal boortje heeft een geologische robot op zo’n vierhonderd miljoen kilometer van de aarde zojuist geschiedenis geschreven. De NASA-rover Perseverance is erin geslaagd een eerste monster van rotsen op Mars te nemen. Het stenen cilindertje is opgeslagen in een hermetisch afgesloten en ultra-schoon buisje, zodat het op een later tijdstip door een ander ruimtevaartuig naar de aarde kan worden gebracht. De berging van het gesteentemonster is een mijlpaal in een miljarden dollars kostende speurtocht die antwoord moet geven op één vraag: is er lang geleden leven op Mars aanwezig geweest?
De geslaagde operatie van Perseverance volgt op een eerdere, mislukte poging om een gesteentemonster uit de bodem van een krater te boren, waarbij het verweerde stuk steen tot gruis verbrokkelde voordat het kon worden geborgen. Ditmaal koos het missieteam voor een andere plek – een 750 meter lange steenrichel – en wist een cilindertje van steviger gesteente ter grootte van een vinger uit een groot rotsblok boven op de richel te boren.
“Zelfs in het licht van wat de NASA allemaal aan wetenschap heeft verricht, is dit een historisch moment,” zei Thomas Zurbuchen, assistent-directeur wetenschap van de NASA.
Maar ook ditmaal liep niet alles van een leien dakje. Hoewel op de eerste beelden is te zien dat het opvangbuisje een bruin en gevlekt stukje steen bevat, verdween het monster weer uit zicht nadat de rover het buisje heen en weer had geschud om het stof op de buitenkant ervan te verwijderen. Na een extra dag van analyses werd duidelijk dat het stenen cilindertje gewoon iets dieper in het buisje was gezakt. De houder werd vervolgens hermetisch afgesloten en tijdelijk aan de onderzijde van het ruimtevaartuig opgeslagen.
Het is de bedoeling dat het gesteentemonster het eerste is van tientallen monsters die de komende maanden genomen zullen worden. Uiteindelijk zal Perseverance zijn schat aan gevulde buisjes op het oppervlak van Mars achterlaten, waar ze tijdens een toekomstige missie zullen worden opgepikt en naar de in spanning wachtende wetenschappers op aarde gebracht zullen worden.
“Het voelt een beetje surrealistisch aan,” zegt Vivian Sun van het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van de NASA, co-directrice van de eerste wetenschapscampagne van Perseverance. “Wat we nu aan het doen zijn, zal nog lange tijd het wetenschappelijk onderzoek naar Mars verrijken.”
Naast het nemen van gesteentemonsters kan Perseverance met zijn instrumenten het Mars-landschap om zich heen in meer details opsnuiven, proeven en bekijken dan ooit tevoren. Daardoor zullen wetenschappers beter in staat zijn het waterrijke verleden van de Rode Planeet te ontcijferen en eventuele aanwijzingen te vinden voor microbieel oerleven, dat in lang geleden verdwenen Martiaanse rivieren en meren kan hebben gedijd. Het schouwtoneel voor deze speurtocht is de krater Jezero, een diepe kom met een doorsnede van 45 kilometer die miljarden jaren geleden bij de inslag van een meteoriet is ontstaan.
In februari 2012 landde Perseverance vlak bij de rand van deze krater, na een handenwringende, zeven minuten durende zweefduik door de ijle Martiaanse atmosfeer. Hoewel de grond onder de zes wielen van de rover tegenwoordig kurkdroog is, bevatten het roestrode gesteente en zand op de bodem van de krater geologische aanwijzingen voor een verleden waarin vloeibaar water dit landschap domineerde. Het wetenschapsteam zal de regio onderzoeken met een batterij aan geavanceerde instrumenten aan boord van de rover en nog veel meer bodemmonsters nemen, in een oeroude rivierdelta en op andere plekken in de krater.
“We zullen nog worden verrast,” zegt Nina Lanza, planetoloog en directrice van het ruimte- en planetaire onderzoek van het Los Alamos National Laboratory. “We zullen dingen ontdekken die we ons nooit hadden kunnen voorstellen.”
Geologische raadsels
Wetenschappers denken dat Mars ooit een dichte atmosfeer heeft gehad, zodat de warmte van de planeet werd vastgehouden en oppervlaktewater niet bevroor. Ook was de druk van die atmosfeer waarschijnlijk hoog genoeg om te voorkomen dat vloeibaar water snel verdampte en uiteindelijk in gasvorm naar de ruimte ontsnapte. Maar op zeker moment in zijn geologische geschiedenis werd de Martiaanse atmosfeer steeds ijler, waarna het klimaat op de Rode Planeet een dramatische wending nam. Rond drie miljard jaar geleden was Mars inmiddels uitgedroogd en begon zich tot de stoffige rode wereld te ontwikkelen die we tegenwoordig zien.
Waarom dit precies is gebeurd, is nog altijd een raadsel. De gesteentemonsters uit de Jezero-krater bieden wetenschappers nu de kans om deze noodlottige ommekeer te bestuderen, want de monsters vormen een uitsnede uit een periode waarin de grote uitdroging plaatsvond. “Omdat we verschillende delen van de kratervloer onderzoeken, zijn we in de gelegenheid om als het ware door het geologische verleden van de planeet te stappen,” zegt Kathryn Stack Morgan, assistent-projectwetenschapper van het JPL.
De Jezero-krater is eigenlijk een krater binnen een andere krater. Het planetaire litteken ligt op de westrand van het Isidis-inslagbekken, een uitgestrekt bassin met een diameter van zo’n 1200 kilometer dat 3,9 miljard jaar geleden ontstond bij de inslag van een reusachtig stuk ruimtepuin. Veel later ontstond het kleinere bekken dat we nu als de Jezero-krater kennen. En daarna kwam het water.
Meanderende rivieren stortten zich over de kraterrand in de diepte en zouden uiteindelijk een oeroud kratermeer vullen. Terwijl het water over de kratervloer uitwaaierde, begon het steeds langzamer te stromen en liet daardoor het zand en slib achter dat de rivieren hadden meegevoerd. Zo ontstonden aan weerszijden van de vertakte rivierstelsels twee delta’s.
Lees ook: Bouwstenen voor leven gevonden op Mars
Perseverance zal de uitgedroogde resten van de grotere delta onderzoeken, die tegen de westrand van de krater aanligt. Door de snelle opeenvolging van afzettingen waaruit deze delta is opgebouwd, moeten eventuele sporen van leven meteen zijn begraven en geconserveerd, nog voordat de rivierbeddingen zo’n 3,5 miljard jaar geleden volledig opdroogden.
Tegenover deze waaier van zand is een gapend gat in de kraterrand te zien, die Pliva Vallis wordt genoemd. Hier stroomde het water van het meer ooit uit de krater. De aanwezigheid van een in- en uitgaande bedding wijst erop dat het kratermeer voortdurend werd aangevuld, waardoor werd voorkomen dat er dikke zoutafzettingen werden opgebouwd. Dat zou fataal zijn geweest voor talloze potentiële levensvormen en het maakte de Jezero-krater ooit zeer geschikt voor de vorming van microbieel leven.
“Als geoloog vind ik het bestuderen van de geschiedenis van Mars natuurlijk superspannend,” zegt Bethany Ehlmann, planetoloog aan het California Institute of Technology (Caltech).
“Ongemanierd gesteente”
Om de schat aan informatie die in de geologie van de Jezero-krater ligt besloten te kunnen vergaren, neemt Perseverance zijn gesteentemonsters met behulp van een trio van robots dat samenwerkt om steencilindertjes uit de rotsen te boren, ze in luchtdichte buisjes te verpakken en onderaan de rover op te slaan. “Het is een ruimtevaartuig binnen een ruimtevaartuig,” zegt Ian Clark, een systeemingenieur van het JPL die deel uitmaakt van het Perseverance-team.
Tijdens de eerste poging om een gesteentemonster te nemen, richtte de rover zich op het mozaïek van lichtbruine rotsen waaruit grote delen van de kratervloer bestaan. Het is mogelijk het oudste gesteente dat de rover in de Jezero-krater zal aantreffen. Dankzij gegevens van sondes die in een omloopbaan rond Mars draaien en analyses van Perseverance zelf was al bekend dat het bij deze ‘straatstenen’ (zoals het team het lichtbruine mozaïek noemt) waarschijnlijk om vulkanisch gesteente gaat. Wetenschappers op aarde zouden monsters van het gesteente met behulp van de radioactieve elementen erin precies kunnen dateren, waardoor ze het complexe verleden van de regio zouden kunnen ontcijferen.
Maar de eerste poging om een monster van dit gesteente te nemen, mislukte. Hoewel het boor- en verpakkingssysteem aanvankelijk zoals gepland werkte, bleef het afgesloten buisje leeg. Bij nadere beschouwing bleek dat de rots door het contact met water in een ver verleden veel van zijn chemische samenhang had verloren, waardoor het meteen verbrokkelde toen het door het speciale klopboortje van Perseverance werd aangeboord.
Zoals Ken Farley, projectwetenschapper voor de Perseverance-missie, in een blogpost schreef, gaf het team de hoop om gesteentemonsters van de kratervloer te nemen niet op en ging meteen op zoek naar minder verweerde ‘straatstenen’ om in te boren.
Voor de tweede en laatste boorpoging stuurde het team de rover in westelijke richting, met de opdracht om uit te kijken naar rotsen die er “zo anders mogelijk uitzagen” als de eerdere straatstenen. Perseverance zoomde in op een groot rotsblok bovenop een steenrichel van zo’n 750 meter lengte met de aanduiding ‘Artuby’. Het rotsblok torende boven het landschap uit en leek gedurende miljoenen jaren de elementen goed te hebben weerstaan, waardoor het ook stevig genoeg moest zijn om in te boren.
Volgens Roger Wiens, planetoloog aan het Los Alamos National Laboratory en hoofdonderzoeker voor de SuperCam aan boord van Perseverance, leek het uitgekozen rotsblok op het eerste gezicht op de grote brokken steen die uit de kratervloer steken en ook wel als ‘hoogstaande stenen’ worden aangeduid. In een eerder stadium was het team van plan geweest om niet alleen monsters van de straatstenen te nemen maar ook een cilindertje uit een van deze ‘hoogstaande stenen’ te boren. “Maar we wilden beginnen met iets wat naar onze mening het eenvoudigst zou zijn, kortom met het zachtere gesteente – en dat viel dus nogal tegen,” lacht Wiens.
Het nu opgeslagen gesteentemonster bevestigt dat het eerste monster gewoon uit “ongemanierd gesteente” bestond en dat er niets mis was met het boor- en verpakkingsmechanisme van Perseverance, zoals Farley al vermoedde.
Verzamelen en verzenden
Nu het eerste monster veilig en wel is opgeslagen, zal de rover binnenkort weer naar het oosten rijden en op weg gaan naar de noordrand van de delta, waarbij hij onderweg diverse rotsformaties zal onderzoeken. Een van de kenmerken in het landschap die de wetenschappers nader onder de loep willen nemen, is een type gesteente dat uit talloze fijne laagjes bestaat. Op aarde ontstaan dat soort ‘laminaties’ wanneer afzettingen door water, wind of soms ook vulkanen worden achtergelaten.
In water hopen de laminaties zich snel achter elkaar op door de afzetting van laagjes slib, waarin ook sporen van eventuele levensvormen in de Jezero-krater vastgelegd zouden kunnen zijn. Volgens Keyron Hickman-Lewis, een geobioloog van het Natural History Museum in Londen die als wetenschapper is betrokken bij de boormissie van Perseverance, geven de laagjes bovendien telkens de chemische omstandigheden weer waarin ze in het kratermeer zijn afgezet, waardoor ze een “waar archief” vormen van de ontstaansgeschiedenis van dit gesteente.
In delta’s zoals die in de Jezero-krater zijn gelaagde afzettingen heel gebruikelijk, maar de rover bespeurde ook veelbelovende laminaties in gesteente op de kratervloer zelf. Op een persconferentie op 21 juli liet Farley een foto van afzettingen op de kratervloer zien die deden denken aan slordige stapels van bruine stukken karton. “Dit is precies het soort gesteente waarin we het meest zijn geïnteresseerd,” zei hij. Maar volgens Wiens hebben wetenschappers nog niet kunnen achterhalen onder welke omstandigheden deze afzettingen zijn ontstaan en of ze van sedimentaire of vulkanische oorsprong of misschien een mix van beide zijn.
In de delta zijn ook kleigesteenten en carbonaten aanwezig, die ruim tien jaar geleden al door Ehlmann van Caltech en haar collega’s met behulp van satellietgegevens waren opgemerkt. Op aarde worden carbonaten vaak in verband gebracht met levensvormen, en dit type gesteente kan soms zeer delicate structuren conserveren, zoals verfijnd gerimpelde matten van oeroude microben, zogenaamde stromatolieten. Als er ooit leven op Mars aanwezig is geweest, kan het organische materiaal daarvan snel in de kleigrond zijn begraven en zo zijn ontsnapt aan de verwoestende uitwerking van de kosmische straling die het oppervlak van Mars teistert.
Een ander veelbelovend doelwit voor nader onderzoek zijn mangaanrijke gesteenten. Mangaanhoudende mineralen kunnen op veel manieren ontstaan, maar soms spelen microben een rol in deze processen.
In een recent onderzoek opperden Lanza van Los Alamos en haar collega’s dat het mangaanrijke vernis dat op veel rotsen in woestijnen op aarde wordt aangetroffen, geproduceerd kan worden door blauwwieren. De microben zouden het mangaan als een soort zonnebrandcrème gebruiken om zich te beschermen tegen ultraviolette straling.
Al eerder was mangaan op Mars waargenomen in de naburige krater Gale, waar de rover Curiosity met zijn eigen onderzoek bezig is. De leden van het Perseverance-team denken dat ze ook mangaan in de Jezero-krater hebben geïdentificeerd, maar ze moeten de aanwezigheid en hoeveelheid ervan nog bevestigen. Mangaan kan op Mars in talloze verschillende vormen voorkomen en een soortgelijk vernis op rotsblokken binnen de krater vormen.
“Als we ook maar iets zien dat op een vernis lijkt, moeten we stoppen en een kijkje gaan nemen,” zegt Lanza.
Bekijk ook deze beelden van NASA's Marsrover Curiosity:
Bekende levensvormen
Nadat Perseverance tientallen monsters heeft vergaard en opgeslagen, zullen deze op een later tijdstip tijdens een andere ladingsmissie worden opgehaald. De NASA en de ESA zijn al druk bezig met het ontwerpen van een lander die is uitgerust met een ‘ophaalrover’, die op z’n vroegst in 2026 gelanceerd kan worden.
Met een klein stuwraketje zouden de kostbare monsters vervolgens in een baan rond Mars worden gebracht, waar ze door een orbiter zullen worden opgepikt om naar de aarde te worden gebracht. Uiteindelijk zou de schat aan gesteentemonsters in een kleine sonde neerstorten in de woestijn van Utah.
Nadat de monsters veilig en wel op aarde zijn aangekomen, zullen wetenschappers met behulp van geavanceerde instrumenten proberen de geheimen in het gesteente bloot te leggen. Maar zelfs dan zal het identificeren van eventuele sporen van oeroud leven geen eenvoudige taak zijn. Experts zijn het namelijk niet eens over de vraag welk type sporen op de aanwezigheid van extreem vroege levensvormen wijzen, zelfs hier op aarde. Beweringen over sporen van organismen die miljarden jaren geleden op aarde leefden, hebben verhitte debatten losgemaakt en de wetenschappelijke gemeenschap diep verdeeld.
Een van de meer recente debatten betreft een reeks stenen met een ouderdom van 3,7 miljard jaar, die aan de zuidwestkust van Groenland zijn gevonden. In 2016 stelde een team van wetenschappers dat een cluster van gerimpelde driehoekjes in het gesteente wees op de activiteit van microben. Het zou daarbij gaan om de oudste sporen van levensvormen op aarde die ooit zijn gevonden. Maar JPL-geoloog Abigail Allwood en haar collega’s waren sceptisch. Toen ze de bewuste rotsen op Groenland nader bestudeerden, kwamen ze tot een heel andere conclusie. De rimpelingen waren volgens het team niet veroorzaakt door wriemelende microben maar door geologische processen waarbij het gesteente zelf was verkreukeld.
“Niets is te vergelijken met onderzoek ter plekke: als je voor een ontsluiting van rotsen staat en een idee krijgt van wat er aan de hand is. Je kunt dat niet door de lens van een camera doen,” zegt Allwood. Dan beseft ze wat ze zojuist heeft gezegd en voegt er grinnikend aan toe: “En dat is precies wat we op Mars proberen te doen.”
Omdat de wetenschappers niet in eigen persoon onderzoek op Mars kunnen doen, is Perseverance uitgerust met instrumenten waarmee ze de rotsen op alle mogelijke manieren kunnen bekijken – van weidse opnamen van het landschap tot chemische analyses van minuscule brokjes steen. Allwood is hoofdonderzoeker voor het PIXL-instrument, een spectrometer waarmee Perseverance met behulp van röntgenstraling de chemische samenstelling van Martiaans gesteente kan vaststellen.
Toch kunnen ze lang niet alles op zo’n enorme afstand doen, vandaar dat de genomen gesteentemonsters zo belangrijk zijn. Als die monsters eenmaal op aarde zijn aangekomen, zullen ze de wetenschappers een eerste inkijkje in ongerept materiaal van de Rode Planeet gunnen. In de woorden van Lanza: “Voor het onderzoek naar Mars zal dit alles veranderen.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com
