Perseverance, Ingenuity ja Jezero-kraatterin tumman kerroksen ikä
Viime aikojen Mars-uutisointia seuratessa ei ole voinut jäädä epäselväksi, että NASA aikoo testata Ingenuity-helikopteriaan kenties jo seuraavan reilun viikon sisällä. Perseverance-mönkijän mukana matkannut Ingenuity on onnistuessaan ensimmäinen toisella planeetalla hallitusti lentänyt ihmisen tekemä laite (jos laskeutumisten yhteydessä tehtyjä lyhyitä manööverejä ei lasketa).
Parikiloinen Ingenuity ei kuitenkaan varsinaisesti tee tutkimusta muutaman metrin korkeuteen kohoavilla lennoillaan: se on puhtaasti teknologiakoe. Jezero-kraatterin tutkiminen jää Perseverancen vastuulle. Vaikka siinä on monipuoliset tutkimuslaitteet, useimmat kiinnostavimmista kysymyksistä selviävät – sikäli kun selviävät – kuitenkin vasta paljon myöhemmin. Perseverance nimittäin kerää ja jemmaa varastokasoihin kenties yli 30 näyteputkiloa kairanäytteitä Marsin kallioperästä ja pinta-aineksesta. Ne toivottavasti saadaan jonkun vielä tällä hetkellä suunnittelupöydällä olevan systeemin avulla kuljetettua Maahan laboratoriotutkimuksiin.
Näyttävin ja mielenkiintoisin geologinen piirre Jezerossa on muinaisen joen Jezero-järveen kerrostama delta. Se syntyi joskus ehkä yli 3,5 miljardia vuotta (giga annum eli jatkossa Ga) sitten. Deltan liepeillä Perseverancenkin on suunniteltu enimmäkseen mönkivän, elämän merkkejä ja kaikenlaista muuta kiinnostavaa etsien.
Deltan ohella Jezeron pohjalla on suuren geologisen yksikön muodostava tumman aineksen muodostama, arviolta kymmenkunta metriä paksu kerros. Kerroksen spektristä on päätelty sen koostumuksen vastaavan vulkaanisia kiviä. Sen syntytavasta on kuitenkin ainakin kaksi hyvin erilaista tulkintaa. Aiemmin yleensä ajateltiin, että Jezeron pohjan tumma yksikkö koostuu törmäystä nuoremmista laavakivistä. Jezeron törmäyskraatteriin olisi siis tunkeutunut laavaa, hieman samaan tapaan kuin monissa Kuun merten lähistöillä sijaitsevissa kraattereissa on tapahtunut.
Uudemmassa ja hieman tylsemmässä mallissa kyse on laavan sijaan tuliperäisestä tuhkasta. Tämän ajatuksen mukaan tulivuoren purkausaukko olisi ollut jossain kauempana. Tumma kerros olisi ainoastaan kaasukehän kautta Jezeron pohjalle kerrostunutta ja sittemmin kivettynyttä vulkaanista tuhkaa.
Perseverance laskeutui hyvin lähelle tumman aineksen rajaa, joten on todennäköistä, että mönkijä tutkii sen koostumusta ja ulkonäköä. Aineksen syntytapa selviää todennäköisesti jo näillä paikan päällä tehtävillä tutkimuksilla. Tumman aineksen ikää Perseverance ei kuitenkaan pysty määrittämään.
Pari viikkoa sitten The Astronomical Journal -julkaisusarjassa ilmestyi Simone Marchin artikkeli A New Martian Crater Chronology: Implications for Jezero Crater. Se tuo konkreettisesti esiin, että keskeisimpien Jezeroa, Marsia ja koko aurinkokunnan kehitystä koskevien kysymysten ratkaisemiseksi tarvitaan näytteitä parhaissa maanpäällisissä laboratorioissa tutkittaviksi. Pelkät mönkijän omat tutkimukset eivät riitä.
Kraatterilaskuihin perustuvaan pintojen ikätutkimukseen ja erilaisiin törmäävien kappaleiden populaatioihin erikoistuneen Marchin artikkeli keskittyy Marsin ajanlaskuun – niin sen suuriin käänteisiin kuin Jezeron pohjan tummaan yksikköönkin. Marsin kuten muidenkin kiinteäpintaisten kappaleiden iänmääritykseen liittyy runsaasti hankaluuksia ja aika vapaavalintaisia oletuksia. Niiden vuoksi kellään ei ole varmaa tietoa siitä, kuinka vanhoja Marsin eri alueet oikein ovat.
Marchi ehdottaa uusien laskelmiensa ja simulaatioidensa perusteella melkoisen rajuja muutoksia Marsin ajanlaskuun. Yksi keskeisimmistä havainnoista on, että kaikki aiemmat dynaamiset mallit – myös hänen omat aiemmat työnsä – tuottavat enemmän yli 150 km:n läpimittaisia kraattereita kuin Marsin vanhalla eteläisellä kraatteroituneella ylängöllä havaitaan. Yksi mahdollisuus on, että alati muuttuvat mallit ovat väärässä. Näin tietenkin useimpien mallien kohdalla aina väkisin onkin.
Toinen vaihtoehto Marchin mukaan on, että Marsin pohjoiset alangot muodostava Borealiksen allas syntyi noin 4,40–4,35 Ga sitten. Sen synnyttäneessä törmäyksessä muodostunut heittelekerros tuhosi ja peitti käytännöllisesti kaikki aiemmat törmäysaltaat. Tässä ideassa on kuitenkin yksi potentiaalisesti valtaisa ongelma: Borealis ei välttämättä ole törmäysallas ollenkaan. Viime vuosina vaaka on alkanut kieltämättä kallistua entistä vahvemmin törmäyssynnyn puoleen, mutta erityisen vahvoja todisteita sen puolesta ei ole esitetty. Sisäisten voimien synnyttämä allas on edelleen mahdollinen vaihtoehto, vaikkei Marchi tätä ajatusta huomioon otakaan.
Borealiksen altaan oletetulla reunalla sijaitsee yksi Marsin suurista varmoina pidetyistä törmäysaltaista, Isidis. Aiemmin sen ikämääritykset ovat antaneet tuloksia, joiden mukaan se syntyi ehkä 4,04–3,86 Ga sitten. Tätä Marchi pitää liian nuorena ikänä. Hänen mukaansa Isidiksen tömähdys tapahtui jo noin 4,20–4,05 Ga sitten. Koska Isidis on Borealiksen oletetulla reunalla, Borealiksen täytyy siis olla tätä vanhempi. Jezeron kannalta tämä on sikäli erittäin oleellista, että se sijaitsee Isidiksen sisällä, joten sen on oltava Isidistä nuorempi.
Jezeron pohjan tumman yksikön aiemmat ikämääritykset kuvastavat hyvin Marsin pinnan ikäarvioiden villiä luonnetta. Näissä tutkimuksissa sen iäksi on saatu 1,4 Ga, 2,6 ± 0,5 Ga ja 3,35 +0,16 / -1,06 Ga. Ikäarvioilla on siis eroa peräti kaksi miljardia vuotta. Se on jopa planeettageologiassa tolkuttoman pitkä aika. Marchin tuore arvio on 3,1–2,7 Ga.
Jos tietäisimme varmasti, onko pohjan tumma kerros deltan alla vai päällä (eli onko se deltaa vanhempi vai nuorempi), olisi helppoa valita oma suosikki tumman kerroksen ikäarvioista ja sitten vain todeta deltan olevan tätä vuosimäärää nuorempi tai vanhempi. Harmillista kyllä, edes tätä perusasiaa emme tiedä, sillä deltan ja tumman kerroksen keskinäisestä suhteellisesta iästä on kaksi täysin päinvastaista näkemystä. Tim Goudge kollegoineen on 2010-luvun puolivälissä esittänyt parissakin tutkimuksessa tumman kerroksen olevan deltaa nuorempaa laavaa. Vivian Z. Sun ja Kathryn M. Stack puolestaan sanovat tuoreemmissa kartoitustutkimuksissa sen olevan deltaa vanhempaa tuhkaa.
Jezeron deltan absoluuttisesta (siis vuosissa mitattavasta) iästäkin on epäilemättä esitetty runsaasti mitä moninaisimpia arvioita. Edellä kuvatusta kraatterilaskuihin perustuvien ikämääritysten antamien tulosten holtittomasta vaihtelusta johtuen en ole itse jaksanut niihin sen kummempaa huomiota kiinnittää. Tällä hetkellä tiedämme oikeastaan vain, että Jezeron delta, jonka ympärillä Perseverance seuraavat kuukaudet ja toivottavasti vuodet mönkii, on luonnollisesti nuorempi kuin itse kraatteri. Deltan ikä vuosissa mitaten tai sen suhde muihin geologisiin yksiköihin alueella on kuitenkin täysin hämärän peitossa. Tämä epävarmuus korostaa sitä, kuinka tavattoman vaikeaa Mars-tutkimus on niin kauan kuin käytössä ei ole tunnetusta paikasta kerättyjä näytteitä.
Koska deltat ovat jokien tuomaa hiekkaa, jonka mineraalirakeet voivat olla peräisin monista eri ikäisistä lähteistä, on itse deltan iän määrittäminen hyvin hankalaa, vaikka siitä saisikin näytteen laboratorioon. Tuliperäiset kivet ovat toista maata. Niiden radioaktiivisuuteen perustuva kello on alkanut tikittää siinä vaiheessa, kun kivi on jähmettynyt. Näin ollen Jezeron pohjan tumman kerroksen ikä, etenkin jos se on vanhempien tulkintojen mukaista laavakiveä eikä tuhkaa, voidaan määrittää parhaimmillaan täysin yksiselitteisesti ja tarkasti heti kun Perseverancen kairaama näyte saadaan Maassa laboratorioon.
Tumman kivikerrostuman iästä saadaan Jezeron minimi-ikä. Siitä voidaan johtaa Isidiksen minimi-ikä, ja siitä Borealiksen minimi-ikä. Tässä vaiheessa oletuksia on jo tehty melkoisen paljon, mutta periaatteessa Borealiksen minimi-ikä muodostaa tärkeän kiintopisteen koko aurinkokunnan varhaisen historian selvittämiseen. Toki, jos oikein hyvä tuuri käy, Perseverancen kaira lävistää sellaisiakin kiviä, joiden sisäiset kellot ovat nollautuneet joko Isidiksen tai peräti Borealiksen altaiden syntyessä. Ja jos Perseverance pystyy havainnoillaan lisäksi yksiselitteisesti määrittämään pohjan tumman kerroksen ja deltan ikäsuhteen, tiedetään varhaisen pommitushistorian lisäksi jo melkoisen hyvällä tarkkuudella, milloin Marsissa oli aktiivisia tulivuoria ja milloin siellä joet virtasivat kraatterijärviin. Nämä olisivat äärimmäisen mielenkiintoisia tietoja niin geologeille kuin astrobiologeillekin.
Perseverancen toiminta-ajan mediaseksikkäimmät hetket saatetaan siis kokea Ingenuity-kopterin myötä jo parin viikon sisällä. Sen vaiheita jännittäessä kannattaa kuitenkin pitää mielessä se tylsä tosiseikka, että tieteellisesti kiinnostavimmat tulokset saadaan tulevien näyteputkiloiden hakulentojen myötä, mikäli niiden rahoitus ja kaikki muu sujuu mallikkaasti. Tähän kuluu parhaassakin tapauksessa helposti reilu vuosikymmen. Mutta hyvää kannattaa odottaa.