Informacje naukowe z misji Mars Exploration Rover
NASA Mars Exploration Rover Mission z 2003 r. zgromadziła ogromną ilość informacji naukowych związanych z marsjańską geologią i atmosferą, a także dostarczyła pewnych obserwacji astronomicznych z Marsa. Ten artykuł zawiera informacje zebrane przez łazik Opportunity podczas początkowej fazy jego misji. Informacje na temat nauki zebrane przez Spirita można znaleźć głównie w dotyczącym łazika Spirit .
Bezzałogowa misja eksploracji Marsa , rozpoczęta w 2003 roku, wysłała dwa automatyczne łaziki, Spirit i Opportunity , w celu zbadania powierzchni i geologii Marsa . Misją kierowali kierownik projektu Peter Theisinger z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA oraz główny badacz Steven Squyres , profesor astronomii na Uniwersytecie Cornell .
Podstawowym celem naukowym misji jest poszukiwanie i scharakteryzowanie szerokiej gamy skał i gleb , które zawierają wskazówki dotyczące dawnej aktywności wody na Marsie. W uznaniu ogromnej ilości informacji naukowych zgromadzonych przez oba łaziki, dwie asteroidy zostały nazwane na ich cześć: 37452 Spirit i 39382 Opportunity .
24 stycznia 2014 r. NASA poinformowała, że obecne badania planety Mars prowadzone przez łaziki Curiosity i Opportunity będą teraz poszukiwać dowodów na istnienie starożytnego życia, w tym biosfery opartej na mikroorganizmach autotroficznych , chemotroficznych lub chemolitoautotroficznych , a także starożytnej wody, w tym środowiska rzeczno-jeziorne ( równiny związane ze starożytnymi rzekami lub jeziorami ), które mogły nadawać się do zamieszkania . Poszukiwanie dowodów na zamieszkiwalność , tafonomię (związaną ze skamielinami ) i węgiel organiczny na planecie Mars jest obecnie głównym celem NASA .
Hipoteza wody
2 marca 2004 roku NASA ogłosiła, że „Opportunity wylądował na Marsie, gdzie woda w stanie ciekłym kiedyś zalewała powierzchnię”. Zastępca administratora Ed Weiler powiedział dziennikarzom, że obszar ten „nadawałby się do zamieszkania”, chociaż nie znaleziono żadnych śladów życia.
To oświadczenie padło podczas konferencji prasowej, na której naukowcy z misji wymienili szereg obserwacji, które zdecydowanie wspierają ten pogląd:
- Rozmieszczenie sferul
- Hipoteza : Kuleczki to konkrecje utworzone w wodzie jako rozpuszczalniku.
- Hipoteza konkurencyjna : sferule to ponownie utwardzone kropelki stopionej skały, utworzone przez wulkany lub uderzenia meteorytów.
- Dane pomocnicze : Położenie sferul w matrycy skalnej jest przypadkowe i równomiernie rozmieszczone.
- Cytat Steve'a Squyresa : „Małe kuleczki jak jagody w bułce są osadzone w tej skale i z niej wychodzą. Trzy pomysły , lapilli , mały grad wulkaniczny, jedna możliwość. Dwa, kropelki szkła wulkanicznego lub uderzenie. Przyjrzeliśmy się tym rzeczom bardzo dokładnie. Pewnie konkrecje. Jeśli tak, wskazuje na wodę”.
Szczegółowa analiza danych środowiskowych, chemicznych i mineralogicznych pobranych z łazika Opportunity doprowadziła do wyeliminowania konkurencyjnych hipotez i potwierdzenia wniosku, że sferule powstały na miejscu jako podepozycyjne konkrecje osadowe ze źródła wodnego
- Hipoteza : Skała powstała w wodzie, na przykład w wyniku opadów atmosferycznych .
- Hipoteza konkurencyjna : skały powstały z osadów popiołu.
- Dane uzupełniające : Pustki znalezione w podłożu skalnym przypominają „ vugs ”, które są pozostawione przez zerodowane kryształy w kształcie dysku, prawdopodobnie rozpuszczone w środowisku wodnym.
- Cytat od Steve'a Squyresa : Drugim dowodem jest to, że kiedy przyjrzeliśmy się temu z bliska, był przestrzelony otworami w kształcie tabeli. Znane formy. Kiedy kryształy rosną w skałach, wytrącają się z wody. Jeśli są tabelaryczne, w miarę wzrostu można uzyskać tabelaryczne kryształy i zmiany chemiczne wody, które znikają lub ulegają wietrzeniu. Siarczany
- i jarozyt
- Hipoteza : Woda stworzyła charakterystyczne sole chemiczne w skale.
- Hipoteza konkurencyjna : Chemia skał jest określona przez procesy wulkaniczne.Dane
- pomocnicze : W skale znaleziono sole siarczanowe i minerał jarozytowy. Na Ziemi powstają w stojącej wodzie (prawdopodobnie podczas parowania).
- Cytat ze Steve'a Squyresa : „Następny dowód pochodzi z APXS . Stwierdziliśmy, że wygląda to na dużo siarki. To była zewnętrzna strona skały. Przywieźliśmy ze sobą narzędzie do szlifowania RAT i zeszlifowaliśmy 2-4 mm i znaleźliśmy jeszcze więcej siarki. Zbyt wiele do wyjaśnienia inaczej niż tym, że ta skała jest pełna soli siarczanowych. To charakterystyczny znak wody w stanie ciekłym. Mini-TES znalazł również dowody na obecność soli siarczanowych. Najbardziej przekonujące ze wszystkich, Spektrometr Mössbauera w przestrzeni RATted wykazał przekonujące dowody na istnienie jarozytu, zasadowego hydratu siarczanu żelaza (III). Dość rzadki, znaleziony na Ziemi i przewidywano, że pewnego dnia można go znaleźć na Marsie. Jest to minerał, którego wytworzenie wymaga obecności wody”.
23 marca 2004 r. NASA ogłosiła, że wierzy, że Opportunity nie wylądował w miejscu jedynie „zalanym wodą”, ale na obszarze, który kiedyś był obszarem przybrzeżnym. „Uważamy, że Opportunity jest zaparkowany na linii brzegowej słonego morza na Marsie” – powiedział dr Steve Squyres z Cornell University .
Ogłoszenie zostało oparte na dowodach skał osadowych , które są zgodne z tymi utworzonymi przez wodę, a nie wiatr. „Wzory pościeli w niektórych drobno warstwowych skałach wskazują, że ziarna osadu wielkości piasku, które ostatecznie się ze sobą związały, zostały ukształtowane w zmarszczki przez wodę głęboką na co najmniej pięć centymetrów (dwa cale), a być może znacznie głębszą, i płynącą z prędkością od 10 do 50 centymetrów (od czterech do 20 cali) na sekundę” – powiedział dr John Grotzinger z MIT . Miejscem lądowania było prawdopodobnie solnisko na skraju dużego zbiornika wodnego, który był pokryty płytką wodą.
Inne dowody obejmują znaleziska chloru i bromu w skałach, co wskazuje, że po utworzeniu skały przynajmniej nasiąkły wodą bogatą w minerały, prawdopodobnie ze źródeł podziemnych. Większa pewność co do wyników badań bromu potwierdza tezę, że cząstki tworzące skały wytrącały się z wód powierzchniowych, gdy stężenie soli przekraczało nasycenie podczas parowania wody.
Dowody na istnienie wody zostały opublikowane w serii artykułów naukowych, przy czym wstępne wyniki ukazały się w czasopiśmie Science , a następnie wraz ze szczegółowym omówieniem geologii osadowej miejsca lądowania w specjalnym wydaniu czasopisma Earth and Planetary Science Letters
Kuleczki i hematyt
Na początku misji naukowcy byli w stanie udowodnić, że obfite sferule w kraterze Eagle były źródłem hematytu w obszarze odkrytym z orbity.
Krwawień
Geolodzy chcieli dotrzeć do obszaru bogatego w hematyt (w środku zdjęcia po prawej), aby dokładnie zbadać glebę, co może ujawnić tajemnice dotyczące tego, jak hematyt dostał się do tego miejsca. Wiedza o tym, jak powstał hematyt na Marsie, może pomóc naukowcom scharakteryzować przeszłe środowisko i ustalić, czy zapewniało ono sprzyjające warunki do życia.
„Szary hematyt jest mineralnym wskaźnikiem przeszłej wody” – powiedział dr Joy Crisp, naukowiec projektu JPL . „Nie zawsze jest to związane z wodą, ale często tak jest”.
Naukowcy chcieli dowiedzieć się, który z tych procesów stworzył szary hematyt na Marsie od 1998 roku, kiedy Mars Global Surveyor zauważył duże skupiska tego minerału w pobliżu równika planety (widoczne na prawym zdjęciu). To odkrycie dostarczyło pierwszych mineralnych dowodów na to, że historia Marsa mogła zawierać wodę.
"Chcemy wiedzieć, czy ziarna hematytu wydają się być zaokrąglone i sklejone ze sobą przez działanie wody w stanie ciekłym, czy też są to kryształy, które wyrosły ze stopionego wulkanu" - powiedział Crisp. „Czy hematyt składa się z warstw, co sugerowałoby, że został położony przez wodę, czy też w żyłach w skale, co byłoby bardziej charakterystyczne dla wody przepływającej przez skały”.
Następne zdjęcie przedstawia mapę mineralną, pierwszą wykonaną na powierzchni innej planety, która została wygenerowana z fragmentu zdjęcia panoramicznego nałożonego na dane pobrane z Mini-TES łazika. Dane spektralne Mini-TES przeanalizowano w taki sposób, że wydedukowano stężenie mineralnego hematytu, a jego poziom zakodowano kolorem. Czerwony i pomarańczowy oznaczają wysokie stężenie, zielony i niebieski niskie stężenie.
Następne zdjęcie pokazuje „mapę indeksową” obfitości hematytu, która pomaga geologom wybrać miejsca bogate w hematyt do odwiedzenia wokół miejsca lądowania Opportunity . Niebieskie kropki oznaczają obszary o niskiej zawartości hematytu, a czerwone kropki oznaczają obszary o wysokiej zawartości hematytu. Kolorowe kropki reprezentują dane zebrane przez miniaturowy Thermal Emission Spectrometer na Sol 11, po tym jak Opportunity zjechał z lądownika, a łazik znalazł się w środku niebieskiego półkola (spektrometr znajduje się na maszcie kamery panoramicznej).
Obszar po lewej stronie (z wysokim stężeniem hematytu) został wybrany przez członków misji do dalszych badań i nazwany Hematite Slope .
Podczas Sol 23 (16 lutego) Opportunity z powodzeniem wykonał wykopy w glebie na Hematite Slope i zaczął badać szczegóły warstw.
sferule
Zdjęcia mikroskopowe gleby wykonane przez Opportunity ujawniły małe , kuliste granulki . Po raz pierwszy zauważono je na zdjęciach wykonanych 10 stycznia, zaraz po tym, jak łazik zjechał z lądownika na marsjańską glebę.
Kiedy Opportunity wykopała swój pierwszy rów (Sol 23), zdjęcia dolnych warstw pokazały podobne okrągłe sferule. Ale tym razem miały bardzo błyszczącą powierzchnię, która tworzyła mocne błyski i odblaski. „Wydają się błyszczące lub wypolerowane”, powiedział Albert Yen, członek zespołu naukowego, podczas konferencji prasowej 19 lutego. Powiedział: „Mamy nadzieję, że dane pomogą nam dowiedzieć się, co je zmienia”. Na tej samej konferencji prasowej dr Squyres zauważył to jako jedno z głównych pytań: „Skąd wzięły się te sferule, spadły z góry lub wyrosły na miejscu?”
Naukowcy z misji poinformowali 2 marca, że zakończyli badanie rozmieszczenia sferul w podłożu skalnym. Odkryli, że rozkładają się równomiernie i losowo wewnątrz skał, a nie warstwami. Potwierdza to pogląd, że rosły w miejscu, ponieważ gdyby ich pochodzenie było związane z epizodami wulkanicznymi lub meteorytowymi, można by oczekiwać warstw sferul jako „zapisu w czasie” dla każdego zdarzenia. Ta obserwacja została dodana do listy dowodów na obecność ciekłej wody w tym miejscu skalnym, gdzie uważa się, że powstały sferule.
Miska z jagodami
18 marca ogłoszono wyniki badań obszaru zwanego „Berry Bowl”. To miejsce to duża skała z małym zagłębieniem w kształcie misy, w którym zgromadziła się duża liczba kuleczek. spektrometru MIMOS II Mössbauer przeanalizowano zagłębienie, a następnie obszar skały tuż obok niego. Wszelkie różnice w zmierzonych danych przypisywano następnie materiałowi w sferulach. Stwierdzono dużą różnicę w uzyskanych „widmach”. „To jest odcisk palca hematytu , więc dochodzimy do wniosku, że głównym minerałem zawierającym żelazo w jagodach jest hematyt” – powiedział Daniel Rodionov, współpracownik zespołu naukowego łazików z Uniwersytetu w Moguncji w Niemczech . stan mokry z rozpuszczonym żelazem.
Skały i minerały
Skały na równinach Gusiewa są rodzajem bazaltu . Zawierają minerały oliwin , piroksen , plagioklaz i magnetyt i wyglądają jak bazalt wulkaniczny, ponieważ są drobnoziarniste z nieregularnymi otworami (geolodzy powiedzieliby, że mają pęcherzyki i pęcherzyki). Znaczna część gleby na równinach pochodziła z rozpadu lokalnych skał. W niektórych glebach stwierdzono dość wysoki poziom niklu ; prawdopodobnie z meteorytów . Analiza wykazała, że skały zostały nieznacznie zmienione przez niewielkie ilości wody. Zewnętrzne powłoki i pęknięcia wewnątrz skał sugerują obecność minerałów osadzonych w wodzie, być może związków bromu . Wszystkie skały zawierają cienką powłokę pyłu i jedną lub więcej twardszych skórek materiału. Jeden typ można wyszczotkować, podczas gdy inny musiał zostać zeszlifowany za pomocą narzędzia Rock Abrasion Tool (RAT).
Columbia Hills (Mars) znajduje się wiele różnych skał , z których niektóre zostały zmienione przez wodę, ale nie bardzo dużo wody.
Pył w kraterze Gusev jest taki sam jak pył na całej planecie. Cały pył okazał się być magnetyczny. Co więcej, Spirit odkrył, że magnetyzm był spowodowany minerałem magnetytem , zwłaszcza magnetytem zawierającym pierwiastek tytan . Jeden magnes był w stanie całkowicie odwrócić cały pył, dlatego uważa się, że cały pył marsjański jest magnetyczny. Widma pyłu były podobne do widm jasnych obszarów o niskiej bezwładności cieplnej, takich jak Tharsis i Arabia, które zostały wykryte przez orbitujące satelity. Cienka warstwa pyłu, może grubsza niż jeden milimetr, pokrywa wszystkie powierzchnie. Coś w nim zawiera niewielką ilość chemicznie związanej wody.
równiny
Typ funkcji | Głaz |
---|---|
Współrzędne | Współrzędne : |
Obserwacje skał na równinach pokazują, że zawierają one minerały piroksen, oliwin, plagioklaz i magnetyt. Skały te można klasyfikować na różne sposoby. Ilości i rodzaje minerałów sprawiają, że skały są prymitywnymi bazaltami - zwanymi także bazaltami pikrytycznymi. Skały te są podobne do starożytnych skał ziemskich zwanych bazaltowymi komatytami . Skały równin przypominają także bazaltowe shergottyty , meteoryty, które przybyły z Marsa. Jeden system klasyfikacji porównuje ilość pierwiastków alkalicznych z ilością krzemionki na wykresie; w tym systemie skały równiny Gusiew leżały w pobliżu skrzyżowania bazaltu, pikrobazaltu i tefryt. Klasyfikacja Irvine-Barager nazywa je bazaltami. Skały równiny zostały bardzo nieznacznie zmienione, prawdopodobnie przez cienką warstwę wody, ponieważ są bardziej miękkie i zawierają żyły jasnego materiału, który może być związkami bromu, a także powłoki lub skórki. Uważa się, że do szczelin mogły przedostać się niewielkie ilości wody indukujące procesy mineralizacji. Powłoki na skałach mogły powstać, gdy skały zostały zakopane i wchodziły w interakcję z cienkimi warstwami wody i pyłu. Jedną z oznak, że zostały zmienione, było to, że łatwiej było szlifować te skały w porównaniu z tymi samymi rodzajami skał, które można znaleźć na Ziemi.
Pierwszą skałą, którą zbadał Spirit, był Adirondack. Okazało się, że jest to typowe dla innych skał na równinach.
Wzgórza Kolumbii
Naukowcy odkryli różne rodzaje skał w Columbia Hills i umieścili je w sześciu różnych kategoriach. Sześć to: Clovis, Wishbone, Peace, Watchtower, Backstay i Independence. Ich nazwy pochodzą od wybitnej skały w każdej grupie. Ich skład chemiczny, mierzony za pomocą APXS, znacznie się od siebie różni. Co najważniejsze, wszystkie skały w Columbia Hills wykazują różne stopnie zmian z powodu płynów wodnych. Są wzbogacone w pierwiastki fosforu, siarki, chloru i bromu — z których wszystkie mogą być przenoszone w roztworach wodnych. Skały Columbia Hills zawierają szkło bazaltowe, a także różne ilości oliwinu i siarczany . Obfitość oliwinu zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do ilości siarczanów. Dokładnie tego się oczekuje, ponieważ woda niszczy oliwin, ale pomaga w produkcji siarczanów.
Uważa się, że kwaśna mgła zmieniła niektóre skały Strażnicy. Było to na 200-metrowym odcinku Cumberland Ridge i szczytu Husband Hill. Niektóre miejsca stały się mniej krystaliczne i bardziej amorficzne. Kwaśna para wodna z wulkanów rozpuściła niektóre minerały tworząc żel. Gdy woda odparowała, utworzył się cement i wytworzyły się małe guzki. Ten typ procesu zaobserwowano w laboratorium, gdy skały bazaltowe są wystawione na działanie kwasów siarkowego i chlorowodorowego.
Grupa Clovis jest szczególnie interesująca, ponieważ spektrometr Mössbauera (MB) wykrył w niej getyt . Getyt tworzy się tylko w obecności wody, więc jego odkrycie jest pierwszym bezpośrednim dowodem dawnej wody w skałach Columbia Hills. Ponadto widma MB skał i wychodni wykazały silny spadek obecności oliwinu, chociaż skały prawdopodobnie kiedyś zawierały dużo oliwinu. Oliwin jest markerem braku wody, ponieważ łatwo rozkłada się w obecności wody. Znaleziono siarczan, który potrzebuje wody, aby się uformować. Wishstone zawierał dużo plagioklazu, trochę oliwinu i bezwodnika (siarczan). Skały pokoju zawierały siarkę i mocne dowody na obecność związanej wody, więc podejrzewa się uwodnione siarczany. Skały klasy Watchtower nie mają oliwinu, w związku z czym mogły zostać zmienione przez wodę. Klasa Independence wykazywała pewne ślady gliny (być może montmorylonit należący do grupy smektytu). Gliny wymagają dość długiego kontaktu z wodą, aby się uformować. Jeden rodzaj gleby, zwany Paso Robles, z Columbia Hills, może być osadem parowania, ponieważ zawiera duże ilości siarki, fosforu , wapnia i żelaza . Ponadto MB odkrył, że duża część żelaza w glebie Paso Robles była w utlenionej formie Fe +++ , co miałoby miejsce, gdyby obecna była woda.
Mniej więcej w połowie sześcioletniej misji (misji, która miała trwać tylko 90 dni), w glebie znaleziono duże ilości czystej krzemionki . Krzemionka mogła pochodzić z interakcji gleby z kwaśnymi oparami wytwarzanymi przez aktywność wulkaniczną w obecności wody lub z wody w środowisku gorących źródeł.
Po tym, jak Spirit przestał działać, naukowcy przeanalizowali stare dane z miniaturowego spektrometru emisji termicznej lub Mini-TES i potwierdzili obecność dużych ilości skał bogatych w węglany , co oznacza, że obszary planety mogły kiedyś zawierać wodę. Węglany odkryto w wychodni skał zwanej „Comanche”.
Podsumowując, Spirit znalazł dowody na lekkie wietrzenie na równinach Gusiewa, ale nie znalazł tam żadnego dowodu na istnienie jeziora. Jednak w Columbia Hills istniały wyraźne dowody na umiarkowaną ilość wietrzenia wodnego. Dowody obejmowały siarczany i minerały getyt i węglany, które tworzą się tylko w obecności wody. Uważa się, że krater Gusev mógł dawno temu pomieścić jezioro, ale od tego czasu został pokryty materiałami magmowymi. Cały pył zawiera składnik magnetyczny, który został zidentyfikowany jako magnetyt z niewielką ilością tytanu. Co więcej, cienka warstwa pyłu pokrywająca wszystko na Marsie jest taka sama we wszystkich częściach Marsa.
Pierwszy profil temperatury atmosferycznej
Podczas konferencji prasowej 11 marca 2004 r. naukowcy z misji zaprezentowali pierwszy zmierzony profil temperatury marsjańskiej atmosfery. Uzyskano go poprzez połączenie danych zebranych ze Opportunity Mini-TES z danymi z instrumentu TES na pokładzie orbitera Mars Global Surveyor (MGS). Było to konieczne, ponieważ Opportunity widzi tylko do 6 km wysokości, a kamera MGS nie mogła mierzyć danych aż do ziemi. Dane zostały zebrane 15 lutego (sol 22) i są podzielone na dwa zestawy danych: Ponieważ orbiter jest w ruchu, niektóre dane zostały pobrane, gdy zbliżał się do okazji , inne, gdy się oddalało. Na wykresie zestawy te są oznaczone jako „przychodzące” (kolor czarny) i „wychodzące” (kolor czerwony). Kropki reprezentują dane Mini-TES (= łazik), a linie proste to dane TES (= orbiter).
Nauka o atmosferze z łazików MER została opublikowana w serii artykułów naukowych w Science i Journal of Geophysical Research
Obserwacje astronomiczne
Opportunity obserwował zaćmienie lub tranzyty Fobosa i Deimosa przez Słońce oraz sfotografował Ziemię , która pojawiła się jako jasny obiekt niebieski na marsjańskim niebie.
Tranzyt Merkurego z Marsa miał miejsce 12 stycznia 2005 r. od około 14:45 UTC do 23:05 UTC, ale rozdzielczość kamery nie pozwalała zobaczyć średnicy kątowej Merkurego wynoszącej 6,1 cala.
Zaobserwowano tranzyty Deimosa przez Słońce, ale przy średnicy kątowej 2' Deimos jest około 20 razy większy niż średnica kątowa Merkurego wynosząca 6,1 cala.
Zobacz też
- Czworokąt Aeolis
- Skład Marsa
- Łazik Curiosity
- Eksploracja Marsa
- Geologia Marsa
- Wody gruntowe na Marsie
- Czworokąt zatoki Margaritifer
- Laboratorium Nauki o Marsie
- Misja łazika Mars 2020
- łazik szansy
- Eksploracja kosmosu
- Bezzałogowe misje kosmiczne
- Woda na Marsie
Dalsza lektura
- Sqyures, SW; Knoll, Ah; Arvidson, RE ; Clark, pne; Grotzinger, JP; Jolliff, BL; McLennan SM; Skanować; i in. (2006). „Dwa lata w Meridiani Planum: wyniki łazika Opportunity”. nauka . 313 (5792): 1403–1407. Bibcode : 2006Sci...313.1403S . doi : 10.1126/science.1130890 . PMID 16959999 . S2CID 17643218 .