Geologové a planetologové se už léta přou, jestli na Marsu existoval skutečný oceán, nebo jen ojedinělá jezera a řeky. Nyní tým badatelů navrhuje zcela nový pohled na topografická data planety.
Vědci jsou už téměř jednomyslní v jednom: před miliardami let na Marsu tekla voda v tekutém stavu. Potvrzují to snímky z orbiterů, analýzy z roverů a klimatické modely. Vidíme stará říční koryta, ústí připomínající delty, sedimenty spojené s dlouhodobým tokem vody. To je úplně jiný obraz než současná mrazivá poušť s řídkou atmosférou.
To, o čem se vedou diskuse, je rozsah této vodní epizody. Byla to jen perioda s početnými jezery a řekami, nebo na severní polokouli existoval obrovský oceán, pokrývající až jednu třetinu povrchu planety? Nová analýza terénu naznačuje, že tento odvážnější scénář se stává stále pravděpodobnějším.
Proč staré pobřežní linie Marsu nezapadaly do skládačky
Přes léta se badatelé pokoušeli vytyčit domněle pobřeží prastrarého oceánu na základě terénních útvarů připomínajících pobřežní linie: útesů, teras, charakteristických hran. Tyto struktury se skutečně rozkládaly v širokém pásu kolem značné části severní polokoule.
Problém se objevil, když začali měřit jejich nadmořskou výšku. Na Zemi se úroveň moří vztahuje ke stejné gravitační hladině, takže pobřežní linie leží globálně přibližně ve stejné výšce. Na Marsu by to mělo být podobně. Ale domnělá marská pobřeží se lišila výškou o několik kilometrů. To je obrovský nesoulad, těžko slučitelný s rovnou hladinou oceánu.
K vysvětlení se objevily dvě hlavní koncepce. První předpokládá výrazné posunutí kůry planety spojené se změnou polohy rotační osy (tzv. putování pólu). Druhá počítá se silnými deformacemi kůry v důsledku mohutného vulkanismu v oblasti Tharsis a vzniku masivních sopek, jako je Olympus Mons.
Obě koncepce vysvětlují část dat, ale neodstraňují všechny nesrovnalosti. Stále častěji se proto objevovala myšlenka, že část struktur považovaných za staré pobřeží jimi vůbec nemusí být. Odtud rozhodnutí hledat zcela jinou, jednoznačnější stopu.
Hledání topografického podpisu, který je těžké zpochybnit
Výzkumný tým se zaměřil na otázku: jaká geologická struktura by byla nejlepším otiskem někdejšího oceánu, kdybychom se podívali na Zemi z perspektivy Marsu a odstranili všechna současná moře? Odpověď hledali v numerických simulacích. Vědci virtuálně vysušili pozemské oceány a analyzovali, co by zůstalo nejčitelnější pro hypotetického vnějšího pozorovatele po stovkách milionů či miliardách let eroze.
Nejcharakterističtějším signálem se ukázal ne samotný břeh, ale široký, relativně plochý šelf obklopující kontinenty – kontinentální plošina. Na Zemi je kontinentální plošina pás mořského dna obklopující kontinenty, s malou hloubkou ve srovnání s otevřeným oceánem. Vzniká pomalým usazováním materiálu z řek a břehů, postupně vytvářejícím tlustý balík sedimentů.
Taková struktura má několik klíčových vlastností:
- je rozlehlá a poměrně plochá
- udržuje se navzdory změnám hladiny moře
- vyžaduje dlouhou dobu existence velkého vodního rezervoáru
- neobjevuje se kolem běžných jezer
Pokud se podaří něco podobného najít na Marsu, bude to silný argument pro velký dlouhodobý oceán, ne jen periodická moře či rozlivy.
Marská kontinentální plošina a jak byla rozpoznána
Po vytipování vzorce ze Země přešli badatelé k analýze topografických dat Marsu. Využili detailní mapy nadmořských výšek vytvořené na základě měření ze sond obíhajících kolem planety. Hledali široké, relativně ploché zóny obklopující níže položené oblasti severní polokoule – místa, kde podle dřívějších hypotéz mohl být rozprostřen oceán.
Analýza odhalila strukturu, která velmi dobře pasuje na očekávaný tvar kontinentální plošiny. Tvoří rozlehlý pás s malými výškovými rozdíly, rozmístěný způsobem naznačujícím přirozenou hranici mezi hypotetickým oceánem a výše vyzdviženou souší. Na základě průběhu této struktury badatelé zrekonstruovali oblast pradávného vodního rezervoáru, který vyplňoval zhruba jednu třetinu povrchu Marsu, především na severní polokouli.
Toto rozložení velmi dobře koresponduje s dříve pozorovanou dvouúrovňovostí Marsu – nižšími terény na severu a výše vyzdviženými oblastmi jižními, trochu připomínajícími pozemské kontinenty. Rozdíl mezi oceánem a velkým jezerem je zásadní. Struktura podobná kontinentální plošině totiž nevznikne při krátkodobém vodním rezervoáru. Vyžaduje miliony let akumulace sedimentů a relativně stabilní podmínky.
Tím se vylučuje scénář s mělkým nestabilním mořem o proměnlivé hladině a ukazuje na opravdu dlouhodobý oceán fungující během značné části rané historie planety.
Co takový oceán znamená pro někdejší klima Marsu
Pokud Mars skutečně měl obrovský stabilní vodní rezervoár, zcela to mění obraz jeho klimatu v minulosti. Objevuje se vize planety s hydrologickým cyklem mnohem více připomínajícím ten pozemský: vypařování, mraky, srážky, řeky transportující sedimenty do oceánu.
Znamená to také, že atmosféra musela být tehdy výrazně hustší a bohatší na plyny zadržující teplo, jinak by voda rychle zmrzla nebo se vypařila do vesmíru. Taková perioda mladého vlhkého Marsu mohla trvat stovky milionů let, vytvářející vhodné podmínky pro organickou chemii a případné primitivní formy života.
Na Zemi jsou zóny kontinentálních plošin jedny z biologicky nejbohatších regionů. Mělká voda, přísun živin ze souše, dobré osvětlení – to je směs přející hojnému životu od bakterií po složité ekosystémy. Není divu, že badatelé nyní věnují velkou pozornost marskému ekvivalentu takové zóny.
Pokud se na Marsu kdysi objevily mikroorganismy, kontinentální plošina by byla jedním z nejslibnějších míst, kde produkty jejich aktivity mohly zůstat zachovány v sedimentech. Klíčové budou proto budoucí mise schopné odebrat vzorky z tohoto regionu a prozkoumat je laboratorně z hlediska struktury sedimentů a případných biologických stop.
Role roverů a budoucích misí ověřujících nový scénář
Současné rovery, včetně Perseverance pracujícího v kráteru Jezero, už teď zkoumají sedimentární horniny vzniklé ve starobylých jezerech a deltách. Data z takových míst lze porovnat s budoucími měřeními z oblasti domnělé marské kontinentální plošiny. Pokud uvidíme podobný typ dlouhodobých vrstevnatých sedimentů, teze o oceánu získá novou podporu.
Dalším krokem bude přivezení vzorků na Zemi v rámci plánovaných misí typu Mars Sample Return. Jen v dobře vybavených laboratořích se podaří zachytit velmi jemné stopy pradávných mikroorganismů, například specifické izotopové poměry nebo mikrostruktury připomínající bakteriální rohože. Přímý důkaz může přinést teprve analýza sedimentárních vrstev: textur, chemického složení a případných struktur, které je těžké vysvětlit nebiologickými procesy.
Vědci z University of California v Berkeley a dalších institucí se proto zaměřují na přesné zmapování této oblasti pro příští generaci misí. Platforma kontinentální plošiny plní roli jakési černé skříňky někdejšího oceánu. Po miliony let v sobě hromadí záznam sedimentů, které klesají z vodní suspenze, stékají ze souše a někdy vznikají z aktivity živých organismů.
Proč je kontinentální plošina tak důležitou stopou
I když se později úroveň moře mění, mnoho z těchto vrstev zůstává na místě, jen částečně přeměněných. Na Marsu může takové místo uchovávat záznam celé epochy, kdy byla planeta mnohem aktivnější z hydrologického hlediska. Kdyby v té době došlo ke vzniku primitivních forem života, právě v sedimentech plošiny jsou nejlepší podmínky, aby něco z tohoto období přežilo dodnes.
Samozřejmě mluvíme o nepřímých stopách – minerálních strukturách či chemických signálech, ne o fosilních zkamenělinách v pozemském slova smyslu. Stojí za to připomenout, že samotná přítomnost pradávného oceánu nezaručuje vznik života. Jsou potřeba také vhodné prvky, stabilní teplotní podmínky a zdroje energie. Mars s intenzivním vulkanismem a na minerály bohatou kůrou splňoval část těchto požadavků.
Zůstává otázka, jestli doba trvání příznivých podmínek byla dostatečně dlouhá, aby chemické procesy zašly dostatečně daleko. Pro planetární vědce má taková rekonstrukce minulosti Marsu ještě jeden rozměr: pomáhá lépe rozumět jiným skalním planetám mimo Sluneční soustavu. Když jedna sousední planeta prošla cestou od vodního relativně příznivého prostředí k suché poušti, představuje důležitý referenční bod při analýze vzdálených globů, na nichž také hledáme stopy vody a potenciální zóny příznivé životu.
