geschiedenis van Mars

1. Mars, een bijzondere
planeet
De geschiedenis van Mars
Hoe werd Mars wat deze planeet nu is?
Een laboratorium rijdt op Mars
C. de Jager

2. Mars van dichterbij gezien
Opname door Rosetta ruimtesonde op 24 februari 2007
(Rosetta, gelanceerd maart 2004, zal komeet 67P/Churyumov–Gerasimenko in 2014 bereiken)

3. DE PLANEET MARS
• Afstand tot zon: 1,5 maal aardafstand, dus
ruim twee maal minder bestraling
• Diameter: 6800 km = 0,53 maal die van
aarde
• Massa: 0,11 maal die van aarde
• Ontsnappingsnelheid aan oppervlak: 5
km/sec (aarde: 11,2 km/sec). Dit heeft
gevolgen voor ontsnapping atmosfeer

4. ATMOSFEER EN KLIMAAT
•
•
•
•
•
•
Daglengte: 24 u 37 min
Jaar: 1,88 maal aardjaar; 669 Marsdagen
Atmosferische druk: 0,007 maal die op aarde;
dus zeer ijl!
Samenstelling atmosfeer: 95% koolzuurgas;
3% stikstof; argon 2 %
helling poolas: 24○ (aarde: 23,5○)
Mars heeft dus seizoenen, als de aarde

5. DAGELIJKSE
TEMPERATUURVARIATIE
voor twee opvolgende dagen. Breedtegraden: 22 en 48 noord
Dit is anders op andere breedten en varieert ook over het seizoen

6. Atmosferische druk gedurende één Mars-jaar
(Viking landers)

7. Wat zien we op Mars?
Diverse structuren

8. IJSKAPPEN, HOOGLANDEN EN
VULKANEN (Global Surveyor Missie)

9. Inslagkraters
(zoals Schiaparelli; inslag van een flinke planetoïde)

10. Lange slenk (spleetvormige inzakking)
(Vallis Marineris; 4000 km lang, 200 km breed, 10 km diep)

11. Nogmaals de Valles Marineris

12. Detailopname: zandverschuivingen en
stroomgleuven

13. Een raadsel: ‘continent’ verschuiving??
Dat zou op Mars toch niet kunnen voorkomen?

14. HOOGTEKAART, ENKELE NAMEN. Zie ook de vier grote
vulkanen. Mt Olympus in de Tharsis hoogvlakte is 22 km hoog

15. Vele opmerkelijke structuren
• Het Tharsis hoogland
• De vier reuzenvulkanen in het Tharsis
•
•
•
•
hoogland
Weinig kraters in de Noordelijke vlakte
Het bekraterde zuidelijker land
De grote slenk (Valles Marineris)
Het Hellas bassin

16. Onderstelde evolutie
• Tharsis hoogland ontstond door opwellend magma in het
•
•
•
•
vulkanische gebied
Daardoor brak ten slotte de Valles Marineris
De noordelijke laagvlakte moet zijn ontstaan later dan
3,6 - 3,8 miljard jaar geleden
Vóór die tijd heerste namelijk het hevige interplanetaire
bombardement
Het meer zuidelijk gelegen hoogland met zijn vele
kraters heeft dat bombardement wel ondervonden

17. Heel veel inslagkraters
(Nereidum Montes)

18. Hoogteverschillen: Nereidum Montes
aan de rand van het hoogland

19. OOK RECENTE VERANDERINGEN
STOFLAWINES

20. RECENTE STOFLAWINES

21. STOFLAWINES EN WINDDUINEN

22. WATER OP EN IN MARS
Is of was er wel water in of op
Mars?

23. POOLKAP: CO2-IJS EN WATERIJS

24. ‘STROOMBEDDING’ OP
MARS?

25. ‘EILANDJES’ IN BREDE
‘RIVIER’ ?

26. EROSIEGEULEN IN BERGHELLING

27. Microscopische concreties in
Meridiani Planum
ontstaan in poreus gesteente door aangroei van in
water opgeloste mineralen. Kleiner dan 2 – 3 mm

28. IJS OP EN ONDER
OPPERVLAK
Directe foto’s, neutronenstraling
en radarmetingen

29. BEVROREN MEER EN RIJP
Krater in gebied Vastital Borealis; 70º NB

30. DE METHODE

31. OVERZICHT VAN DE
RESULTATEN

32. SEDIMENTLAGEN
Verraden deze de neerslag van
materiaal in oceanen op Mars?

33. SEDIMENTLAGEN (Mars Reconn.
Orbiter)

34. West Candor Chasma (Mars Global Surveyor)

35. Een effectieve methode: radar
Radiogolven kunnen kilometers
diep doordringen; experiment
MARSIS in Mars Express

36. Hoe dik zijn de ijslagen wel?
• Radarmetingen met de Europese Mars Express
•
•
•
•
tonen dat de ijslaag van de Zuidpoolkap dikker
is dan gedacht
Twee radarreflexen worden ontvangen: van
oppervlak en van de onderzijde ijslaag
De sterkte van de ontvangen reflex toont dat
tussenliggend materiaal uit ijs bestaat
Dikte variabel, tot wel enkele km
Schatting: indien alle zuidpoolijs over Mars
verspreid: laag van ca. 10 meter dikte

37. Veel ondergrondse ijslagen.
Maar is er ook vloeibaar water ?
• ijslagen komen ondergronds voor tot
diepten van enkele km
• Maar evenals bij de aarde neemt de
temperatuur toe met toenemende diepte
• Gevolg van de verwarming door de
natuurlijke radioactiviteit van gesteenten
• Zo kunnen we water vermoeden op
grotere diepten

38. Water op grote diepten
• Berekeningen tonen aan dat een temperatuur
•
•
•
van 0 graden bereikt wordt op diepten van 4 tot
5 km
Daar zou water kunnen voorkomen in de poriën
van het basalt
Op ca. 10 km diepte is de druk zo groot dat de
poriën dichtgeslagen zijn.
Dus: water tussen 5 en 10 km diepte

39. HOE DE OCEANEN
VERDWENEN
Rol van de zeer actieve zon

40. Zon was vroeger zon veel actiever
dan nu
• Dit houdt in: meer magnetisme, zonnevlekken, vlammen
•
•
•
•
en coronale massa emissies; de ultraviolette en Röntgen
straling was tot 100 mal krachtiger dan nu
Intense UV- en Röntgenstraling verhitte de
atmosferische buitenlagen van Mars (exosfeer)
Leidde tot ontsnappen van de lichtste gassen, gevolgd
door verdampen van de oceaan, meer ontsnappen, enz.
Net als bij de aarde ontsnapten de lichtste gassen,
waterstof en helium het eerst
Maar iets zwaardere gassen, als zuurstof en stikstof
kunnen ook niet vastgehouden worden – vandaar die ijle
atmosfeer

41. Nu begint het pas goed; een
nieuwe episode brak aan!
4 augustus 2012 landde het
laboratorium Curiosity op Mars

42. Rijdend laboratorium; 5 m lang, 2,5 m
hoog; 12 instrumenten aan boord

43. Zal een veertigtal kilometer
moeten rijden op kernbrandstof

44. De vraag: waar te landen?
Misschien in Meridiani Planum? Rood: vooral gesteenten
en harde sedimenten; blauw: meer fijnkorrelig zand, stof
enz.

45. Of misschien in de Valles
Marineris?

46. De beslissing viel
• Uit een groot aantal voorstellen werd ten
slotte een klein aantal geselecteerd
• Deze werden door een commissie van
specialisten kritisch bekeken
• Tot het besluit viel : de Gale krater met
daarin de Mt Sharp (Aeolis Mons)
• Aeolis Mons is 5,5 km hoog

47. Aan de voet van het hoogland

48. Beoogd landingsgebied aan de
voet van Mt Sharp, in de krater

49. Onder andere een intrigerende
stroombedding. Een oude rivier ?

50. Een ander deel van het kratergebied;
een steile wand en windduinen

51. Mt Sharp: Berg met opvallende gelaagdheid: van
vochtig (geweest? onderaan) tot droger (top)?

52. Waar zoekt men naar?
• We zoeken niet naar “leven op Mars”; dus niet
•
•
•
naar eventuele microbiologische structuren
Als dat er is dan zit het diep, minstens enkele
meters onder het oppervlak
Bovendien zou Curiosity dan eerst helemaal
gedesinfecteerd moeten zijn; vrijwel onmogelijk
Doel is te zoeken of er perioden zijn geweest
in de geschiedenis van Mars die gunstig
waren voor het ontstaan van leven

53. LANDING; TECHNISCH
OOGSTANDJE
• Eerste fase: de sonde komt in atmosfeer,
•
•
•
•
verwarming door hitteschil opgevangen
Tweede: parachute (30 m middellijn)
opent
3 -- Hitteschild wordt afgeworpen
4 -- parachute en bovendeel laten los
5 -- afdaling afgeremd door gasstralen

54. Een zeer gecompliceerde afdaling

55. Afdaling werd gezien door Mars satelliet

56. Laatste deel: raket-afremming

57. Zelfportret na de landing

58. Even rondkijken: daar staan we nu

59. En daar zien we de wand van
Mt Sharp; zie de gelaagdheid

60. Waar komen die keien
vandaan?

61. Eerste sporen over de Marsbodem.
Maximum rijsnelheid 2,5 meter per minuut.
Krachtbron 4,6 kg plutonium; levensduur 14 jaar

62. Onbegrepen heuveltjes

63. Een ander deel van de kraterwand

64. Sedimentlagen en aanwijzing
voor vroeger stromend water

65. Veegde een stofduivel over het land?

66. Van dichterbij bekeken:
ondergestoven stenen

67. Heeft hier water gestroomd?
Het zou een aards beekje hebben kunnen zijn

68. stromingspatroon

69. En hier? Grindsteentjes werden hier
eens afgerond – in een beekje?

70. Mooi afgerond grind

71. Analyse van het grind
• De grindsteentjes moeten zijn ontstaan in
stromend water
• Het stroomde met een snelheid van ca.
een meter per seconde
• Diepte van het beekje is onzeker,
schattingen tussen 10 cm en een meter
• Steentjes moeten afkomstig zijn van
hogere bergwand

72. Vreemd wit object in het grind

73. steen met gelaagde structuur,
zo groot als een voetbal

74. Werd spectroscopisch onderzocht
• Uit de mast van Curiosity werd een krachtige
•
•
•
•
laserstraal gericht op de steen
Heel klein vlekje van de steen verdampte
Die damp werd spectroscopisch onderzocht
Samenstelling lijkt op die van basalt
(Basalt vindt zijn oorsprong in een waterrijke
omgeving)

75. Een schepje Marszand
Lang onberoerde grond, gezien de hardere korst

76. Zand werd onderzocht
• Het werd gezeefd
• Deeltjes kleiner dan 0,15 millimeter
werden doorgelaten voor onderzoek
• Daarna röntgen analyse van het
doorgelaten stof

77. Het röntgendiffractie patroon

78. De resultaten
• Er zijn twee soorten stof: deels plaatselijk
•
•
•
•
•
ontstaan stof, deels van elders hierheen
gewaaid
Ook verweerd basaltisch materiaal
En ook kristallen zoals veldspaat en olivijn
Verder in zand of stof gebonden water, zwavel,
chloorhoudend en glasachtig materiaal
Veel daarvan duidt op ontstaan in een vochtige
omgeving
Misschien ook enige vulkanische beïnvloeding

79. Gemeten atmosferische samenstelling
bevestigt eerdere resultaten

80. Belangrijk nieuw resultaat !
• Geen methaan gevonden
• Minder dan één miljoenste van een
procent
• Methaan kan een biologische oorsprong
hebben.
• Zowel plantaardig als dierlijk
• Maar kan ook van vulkanen afkomstig zijn

81. Was er dan nooit methaan in de atmosfeer
van Mars
•
•
•
•
Dat is niet zeker
Methaan is een vrij licht gas
Kan nog makkelijker dan zuurstof ontsnapt zijn;
in tegenstelling tot koolzuurgas
Massaverhouding tussen een methaanmolecuul
en een zuurstof- resp. koolzuurmolecuul is 10 tot
16 en 22

82. De atmosfeer zal aanvankelijk zeer dicht geweest zijn (tot
100 bar = 100 maal onze atmosferische druk) maar was in
minder dan een half miljard jaar vrijwel verdwenen

83. Curiosity zal hopelijk 23
maanden over Mars rijden
We zijn nu halverwege en hebben een tipje van de
sluier op kunnen lichten
Er komt vast nog heel veel meer

84. Route van het eerste jaar; nu komt de
beklimming van Mt Sharp

85. We beginnen te klimmen;
enkele recente ontdekkingen
Rondkijken, boren, graven
analyseren

86. Hier stonden we eind januari 2013. Toen moest beslist
worden of hier de eerste grondboring plaats zou vinden
We zijn hier al 500 meter van de landingsplaats

87. Een klein en ondiep boorgaatje

88. Resultaat van de analyse
• Alle noodzakelijke elementen voor het
leven zijn aanwezig:
• Zoals zwavel, stikstof, zuurstof, koolstof
• We verwachten dat de sedimentlagen van
Mt Sharp nog veel nieuws zullen leren

89. 23-09:Een bijzondere formatie gezien.
26-09: per m3 ca. 2 liter water in de grond!

90. Tot slot
Kort overzicht van de
geschiedenis van Mars

91. Drie grote perioden in de
geschiedenis van Mars
• Indeling:
• Noach era : 4,5 tot 3,6 miljard (Mjd) jaar geleden. Warm,
•
•
•
vochtig; een atmosfeer; oceanen
In het latere deel ervan: Meer vulkanisme. In he eerdere
deel van deze periode ook het intense interplanetaire
bombardement . Veel inslagkraters. De oceanen
verdwenen
Hesperische era (3,6 – 2,0): Droger
Amazonische era (2,0 – nu): Oxyderend

92. De geschiedenis van water en atmosfeer
van Mars
• Oceanen waren op Mars ca. vóór ca. 3,8 tot 4 miljard
•
•
•
•
•
jaar geleden.
Verschillende getallen voor de gemiddelde diepte (d.i.
indien het water verspreid zou zijn over het hele
Marsoppervlak):
12 meter (Lammer et al., Icarus 2003)
156 meter (Carr & Head, JGR 2003)
430 meter (Boyce et al. JGR, 2005)
De atmosfeer zal omstreeks 3,5 miljard jaar geleden in
de ruimte verdwenen zijn