Bildkredit: ESA
Astrobiology Magazine (AM): Den första gruppen bilder från Meridiani Planum, som visar fint skikt i berggrunden, har forskare ganska upphetsade. Vilka är dina första intryck?
Andrew Knoll (AK): Vi har känt i flera år, från orbitaldata, att det finns skiktade stenar på Mars, men möjligheten ger oss vår första chans att faktiskt gå och arbeta direkt på några av dessa bergarter i en utströmning. För geologer kan du helt enkelt inte betona vikten av det.
Det faktum att de är typ av tabell antyder att de antingen är ganska tunna vulkanavlagringar eller sediment. Och utsikterna till att ha sedimentära stenar på Mars på att vi kan gå upp och förhöra handlar om ett bästa fall för mig.
AM: Vad händer om de visar sig vara vulkaniska askapplagringar? Kommer det att skapa ett mindre intressant scenario?
AK: Inte alls. Jag tror att en av de stora frågorna är: Vilka är de dominerande processerna som har gett upphov till skiktade stenar på Mars? Det finns ingen anledning att tro att varje lager på Mars bildas på samma sätt som de som Opportunity sitter framför. Men att veta till och med hur en av dessa lagerdelade bergarter bildas kommer att vara ett steg i rätt riktning.
Vi kommer också snart att veta om hematittsignalen i Meridiani som upptäcktes från omloppsbana finns i dessa stenar. Kom ihåg att vi är på Meridiani Planum på grund av denna starka signal för en viss form av järnoxid som kallas hematit. Det är väldigt svårt att tänka på att skapa hematit utan några flytande vatteninteraktioner med stenar. Så även om det är en vulkanisk sten, kommer det att hjälpa till att begränsa vårt tänkande om en av de mest intressanta kemiska avvikelserna på planeten.
AM: Det finns en flod i Spanien, Rio Tinto, där du har spenderat lite tid på att undersöka. Du har föreslagit att hur järnmineralerna i Rio Tinto har förstörts och förvandlats över tid kan kasta lite ljus på hur hematiten vid Meridiani bildades. Kan du förklara kopplingen?
AK: Låt mig börja i början. Den typ av tänkande som vi tar till tolkningen av järn på Mars kommer att informeras av vår erfarenhet av oxiderat järn på jordens yta. Det finns ett antal sätt som järnavlagringar har bildats på vår planet. Det kan hända att ingen av dem kommer att bli en exakt analog för vad som hände på Mars. Men var och en av dem kan ge lite information som hjälper oss att tänka på Mars.
Nu är Rio Tinto en mycket intressant plats. Det är i sydvästra Spanien, ungefär en timme väster om Sevilla, kanske ytterligare en timme öster om den portugisiska gränsen. Rio Tinto är faktiskt av historiskt intresse för människor i Amerika sedan Columbus seglade 1492 från en hamn vid mynningen av Rio Tinto. Men det är också av intresse för gruvgeologer eftersom det har varit en gruva åtminstone sedan romarnas tid.
Det som bryts där är järnmalm. För cirka 400 miljoner år sedan bildade hydrotermiska processer dessa järnmalmavlagringar. För det mesta är järnet i form av järnsulfid eller dumt guld. Det är väldigt rik malm. När regnvatten perkulerar ner genom dessa avlagringar oxiderar det pyriten och två saker händer. En bildar den svavelsyra. Så vattnet i floden har ett pH på cirka 1; det är väldigt surt. Och två, järnet oxideras. Så vattnet handlar om rubinens färg på grund av att detta järn transporteras runt.
Det som är intressant är att om man tittar på avsättningarna som bildas från Rio Tinto idag kommer det mesta av järnet ut som järnsulfatmineraler, det vill säga en kombination av järn, svavel och syre; och lite av det kommer ut som ett mineral som heter goethite, som är järn blandat med syre och lite väte. Goethite är i grunden rost.
Det är inte vad du ser på Meridiani på Mars. Men det som är intressant med Rio Tinto-insättningen är att denna process har ägt rum i minst 2 miljoner år. Och det finns en serie terrasser som ger oss en uppfattning om vad som händer med dessa insättningar över tid.
Vad vi finner är att efter bara några tusen år har alla sulfatmineraler försvunnit och allt järn finns i detta material som kallas goethite. Men när du går in i äldre och äldre terrasser, när du kommer till terrasser som är 2 miljoner år gamla, har mycket av den goethiten ersatts av hematit, mineralet på Mars. Och det är en ganska grovkornig hematit, vilket också är vad vi ser på Mars.
Så det första vi lär oss vid Rio Tinto är att man inte behöver tänka bara på processer som deponerar grovkornad hematit från start. Det kan bildas under vad geologer kallar diagenes. Det vill säga, det kan bildas genom processer som påverkar klipporna genom tiden, och det kan faktiskt göra det vid låga temperaturer och utan att djupt begravas och utsättas för högt tryck. Så i den meningen visar Rio Tinto oss ett annat sätt på vilket hematiten i Meridiani kunde ha kommit dit. Det utvidgar de alternativ vi överväger.
AM: När geologer säger saker som "låg temperatur", betyder de ofta något annat än resten av oss gör.
AK: När jag säger ”låg temperatur” talar jag om de temperaturer som du och jag upplever dagligen, rumstemperatur. Jag antar att de flesta av Rio Tinto grundvatten är mellan 20 och 30 grader Celsius, kanske 70 till 80 grader Farenheit.
AM: Förändras bergets struktur över tiden när ett mineral går igenom diagenesprocessen?
AK: Ja det gör det. Även om det som är intressant är att även om strukturen på nivå med vad den mikroskopiska avbildaren definitivt kan se förändringar genom diagenetisk historia, så ser storskaliga avsättningsfunktioner som du skulle se genom att titta närmare på utsprånget med Pancam verkar vara bestående. Så även om berget går igenom dessa förändringar behåller den sedimentära signaturer av sin bildning, vilket är spännande. Det är viktigt.
AB: Du säger att i Rio Tinto kan du se en skiva på 2 miljoner år som visar dig den diagenetiska processen över tid. Men de gränser som Opportunity har sett på Meridiani kan vara 2 miljarder år gamla. Skulle de fortfarande behålla någon användbar information efter det länge?
AK: Här är de goda nyheterna om geologi: I synnerhet för sedimentära bergarter, de flesta av de förändringar som en sten genomgår den genomgår mycket tidigt i sin historia. Såvida inte en klipp genomgår metamorfism, blir begravd och utsatt för högt tryck och temperatur, inom högst några miljoner år efter dess bildning stabiliseras den till en form som den kommer att behålla på obestämd tid.
Jag arbetar i mitt dagjobb på prekambriska klippor på denna planet. Och jag kan garantera er att när jag tittar på en sedimentär sten som är en miljard år gammal, så har de flesta förändringar som den berörda stenen skett gjort under de första 200 tusen åren av dess liv. Och sedan stabiliseras det och väntar bara på en geolog.
AM: Och vi har ingen anledning att tro att fysiken uppför sig annorlunda på Mars?
AK: Det är vad vi har för oss. Jag har sagt detta tidigare när det gäller astrobiologi: När du letar efter liv bortom vår planet, har du ingen försäkring om att biologi någon annanstans kommer att vara densamma som här. Men du har ganska bra försäkran om att fysik och kemi kommer att vara densamma.
AM: En del av det som gör Meridiani intressant är att det är till skillnad från nästan någon annan plats på Mars. Även om du kan räkna ut Meridianis historia, i vilken utsträckning kommer du att kunna generalisera den kunskapen till Mars som helhet?
AK: Jag tror att det säkert kommer att begränsa vårt sätt att tänka på Mars som en hel planet. Det kan hända att Gusev, när det gäller den övergripande kemiska och bergsignaturen för Mars, kommer att visa sig vara en bättre Mars-yta med standardproblem. Det vill säga, de flesta av Mars - i själva verket nästan hela Mars - ytbehandlas med basalt och täcks sedan med fint damm. Och det är vad vi ser på Gusev.
Nu visar det sig att om du avlägsnar hematit-signalen från signaturerna på ytmaterial i Meridiani som vi har fått från omloppsbana är det också främst basalt. Så det är inte en helt onormal del av planeten. Det verkar vara en representativ del av planeten i hjärtat, med denna unika hematitsignal skiktad på den.
En av funktionerna i Meridiani-järnuppsättningen är att även om den är lokal med avseende på hela planeten är den geografiskt utbredd genom att du har tusentals kvadratkilometer som ger denna signatur.
Många tror att hydrotermiska processer och grundvattenprocesser endast kommer att ge små lokala järnsignaler, men i själva verket går de hematitrika lagren i Rio Tinto-insättningen under flera tusen kvadratkilometer. Eftersom dessa grundvatten sprids i ett lager över ett brett område.
Så Rio Tinto-järnfyndigheterna gör flera saker som vi bör tänka på hos Meridiani. De kombinerar forntida hydrotermiska och yngre lågtemperaturprocesser; de behöver vatten; de kan vara skiktformande; och de kan vara utbredda.
De är inte den enda uppsättningen processer som kan göra det på något sätt. Jag är inte särskilt fördomad för Rio Tinto som en bättre analog till Meridiani än något annat. Jag tror bara att när vi går in i denna utforskning måste vi åtminstone hålla i vår minnesfil så många olika produkter och processer som hanterar järn som vi kan.
Alla de olika inställningarna för järnuppsättning och processer för järnuppsättning som vi ser på denna planet har kemiska och texturella signaler som möjlighet kunde upptäcka på Meridiani. Vi kan använda dessa jämförelser för att hjälpa oss ta reda på hur Meridiani-hematiten bildades.
AM: En av de spännande aspekterna av Rio Tinto som forskningsplats är att även om vattnet i floden är mycket surt, finns det bakterier som bor i den. Ser du fossila bakterier när du tittar på de gamla hematitavlagringarna i regionen?
AK: Ja det gör du. Faktum är att en av de saker som lockade mig att arbeta med mina spanska kollegor inte var att det är en konstig miljö idag. Även om det är roligt att vara intresserad av livet i miljön i dag, kommer det mesta livet - och mycket av det du kan lära dig om biologi idag - från vanliga organismer som lever under vanliga omständigheter. Det är där 99 procent av mångfalden i livet är.
Å andra sidan finns det en stor fråga som kan ställas vid Rio Tinto. Vi kan se de processer som bildade Rio Tinto-järnfyndigheterna som pågår idag; vi kan se de kemiska processerna; vi kan se vad biologi finns i miljön. Men den verkliga frågan som man vill ha i åtanke när man tänker på Meridiani är: Vad, om någon, signaturer av den biologin faktiskt bevaras i diagenetiskt stabila bergarter?
Det ena är det. Om du hade turen att få tillgång till ett mikroskop - det skulle troligtvis vara i en upplösning utöver vad du kunde hoppas på från den mikroskopiska avbildaren - kunde du se enskilda mikrobiella filament som har bevarats vackert. Så det är den första goda nyheten är att diagenetiskt stabiliserat järn kan behålla ett mikroskopiskt avtryck av biologi.
Den bättre nyheten är att det finns två funktioner i biologi som bevaras i de mer ögongula-strukturerna i dessa stenar.
Den ena är att man ibland får små bubblor som bildas på grund av gasutströmning från ämnesomsättningen. Och några av dessa kommer faktiskt att tak över med järnmineraler och kan bevaras genom diagenes. Och det är ganska mycket sant genom de flesta sedimentära bergarter som vi hittar i den geologiska kolumnen. Du kan få bevarade gasutrymmen och dessa gasutrymmen är alltid förknippade med biologisk produktion av gaser.
AM: Hur alltid?
AK: Enligt vår erfarenhet på jorden är det ganska mycket 100 procent. Vad du vill fråga är: Vilka andra processer än biologi kan ge upphov till gaser i ett sediment på en planet? Det är något du kan göra experiment på. Jag vet inte att någon har brytt sig om att göra dem på den här planeten. För att ärligt talat är biologi så genomgripande att det är det viktigaste spelet i stan, i alla fall. Men man kunde göra experimenten.
Den andra saken, som jag känner ännu starkare till, är att många gånger, där det finns mikrobiella populationer, bildar de dessa vackra filamentgrupper som bara stränger ut över ytan. De ser nästan ut som en häst. Nu är det fantastiska att när mineraler deponeras i dessa miljöer kärnar de faktiskt på dessa trådar och du får vackra sedimentära strukturer som återigen ser ut som en hästs man.
Du kan se dem i Yellowstone Park, i både kiselhaltiga och karbonatutfallande strängar. Om du åker till platser som Mammoth Springs kan du se att det händer idag. Och om du vandrar in i inlandet kan du se gamla exempel på det, vackra signaturer bevarade i berget.
I Rio Tinto kan du se järn avsättas på dessa filament; och i de 2 miljoner år gamla terrasserna kan du se dessa glödande järnstrukturer. Och där, igen, jag känner till ingen annan process än biologi som kan bilda dessa. Så det är verkligen något att hålla ögonen ute för när du tittar på en utfälld sten på Mars.
AM: Och du kunde se dessa med Pancam?
AK: Om du tog en Pancam till Rio Tinto eller Yellowstone Park, skulle de hoppa ut mot dig. Absolut.
AM: Om det visar sig att berggrunden vid landningsplatsen på Opportunity består av sedimentära avlagringar, betyder det att när dessa sediment lagdes, måste det finnas flytande vatten runt?
AK: Väldigt troligt.
AM: Så om de var sedimentära, och Pancam såg någon slags struktur som på jorden tyder på biologi, skulle det innebära att möjligheten hade kommit nära att hitta bevis på liv på Mars?
AK: Det är stora ifs, men det skulle bli en stor dag.
Låt oss backa upp en sekund, för det blir lite filosofi om hur du faktiskt ser efter dessa saker. För ett par år sedan inledde NASA en finansieringskampanj för att i princip försöka förutse alla typer av suggestiv biologisk signatur som kan finnas i någon form av utforskning av en annan planet så att vi inte skulle se att vi kliar oss i huvudet.
Men det faktum är att du inte kan förutse något du kan se. Så det jag tror är ett mer realistiskt scenario är att du gör din utforskning, och om du under en undersökning hittar en signal som (a) inte lätt redovisas av fysik och kemi eller (b) som påminner om signaler som är nära förknippade med biologi på jorden, då blir du upphetsad.
Vad som händer då, kan jag garantera er, är att 100 initiativtagande forskare kommer att gå in i labbet och se hur, om de alls kan simulera det du ser - utan att använda biologi. Och jag tror att det är rätt att göra. För saker där insatserna är så höga tror jag att man vill vara så försiktig och nykter med detta som man kan vara. Och det betyder verkligen att man vet mycket mer om den generativa förmågan hos fysiska och kemiska processer att implantera både kemiska och texturella signaturer i en sten än vad vi vet om idag.
Avsaknad av astrobiologi, ingen skulle slösa bort sin tid på att göra dessa saker eftersom vi på jorden vet att det har funnits biologi under större delen av planetens historia. Biologi finns överallt. Biologi är framträdande i signalerna att den ger sedimentära bergarter. Så vem kommer att tillbringa fem år av sin tid som ung forskare och försöker generera en signal med abiologiska medel som är nära förknippade med biologi? Men du byter till Mars och det finns mycket fler skäl att göra den typen av saker.
AM: Om en av MER-roversna hittade en sten som tycktes innehålla bevis på martianbiologi, skulle NASA vilja gå tillbaka till den platsen och föra den hem?
AK: Det kan du ge dig på. Beroende på vad vi hittar i Meridiani - för att inte påverka vad vi hittar - kan det göra det antingen till en mycket prioriterad webbplats för NASA att återvända med mer sofistikerad utrustning och vara en mycket prioriterad webbplats för återvändande av prov; eller så kan vi skriva av det.
Det är hela anledningen till den här typen av inkrementellt arbete. Jag gillar faktiskt hela arkitekturen i NASA: s plan att gå ett steg i taget, göra varje steg noggrant och i steg två bygga på det du lärde dig i steg ett. Det är vettigt.
AM: Jag inser att jag ber dig att spekulera här, men vad tror du är oddsen att Mars en gång var en levande värld?
AK: Jag vet verkligen inte. Men allt vi har lärt oss under de senaste åren antyder för mig att vatten kan ha varit episodiskt snarare än ihållande på Mars. Och det minskar sannolikheten för biologi.
Om vatten finns på Martian ytan i 100 år var tionde miljon år, är det inte särskilt intressant för biologi. Om den är närvarande i 10 miljoner år är det väldigt intressant.
Det är verkligen inte givet att vi kommer att upptäcka att Mars var en biologisk planet. Hälften av min hjärna försöker kasta ut en procentsats, och jag vet att det är så meningslöst att göra - jag tror att jag bara inte kommer att göra det.
Men jag kan säga er att en av de bästa chanserna vi kommer att få under ett antal år att ta upp den frågan är här i Meridianis järnfyndigheter.
Originalkälla: Astrobiology Magazine
