W marsjańskim zwierciadle

To byłoby przyjemne miejsce na weekendowy wypad. Czysta woda, błękitne niebo, pokryte białym piaskiem plaże. I pluskanie rzeki, która niespiesznie wpada do ogromnego, okrągłego jeziora. Do pełnej idylli brakowałoby tylko szumu liści i śpiewu ptaków. Tych nigdy tam nie było. Nie było też, zapewne, tlenu. Ale to akurat detal, bo nie było też wczasowiczów, gdyż w czasie, kiedy marsjański krater Jezero pokrywała tafla niezmąconej wody, nasi przodkowie – o ile już istnieli – musieli być jednokomórkowymi stworzonkami, niezdolnymi do międzyplanetarnych podróży. A jeśli sam Mars był zamieszkały, to przez równie niepozorne istoty.

Dziś po tym idyllicznym jeziorze pozostały jedynie skały zalegające na dnie dawno pozbawionego ciekłej wody krateru. Nietknięte od miliardów lat – i dlatego bezcenne dla uczonych. Nie tylko tych zainteresowanych Marsem, ale i tych, którzy skupiają się na Ziemi – jej historii i jej dzisiejszych problemach.

– Na Ziemi znamy kilka skał powstałych w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia naszej planety, znajdujemy w minerałach pojedyncze ziarna z pierwszych 500 mln lat, ale zapis geologiczny wczesnej historii naszej planety jest zasadniczo bardzo kiepski – tłumaczy „Tygodnikowi” geolog planetarny prof. Mathieu Lapôtre z Uniwersytetu Stanforda. – Tymczasem na Marsie procesy geologiczne zaczęły ustawać ok. 3,7 mld lat temu i niewiele się od tej pory zmieniło na jego powierzchni. To gigantyczne archiwum wczesnej historii Układu Słonecznego, które czeka na zbadanie – dodaje francuski badacz.

Błękitne trojaczki

Dziś Ziemia jest wyjątkowym miejscem. Ale nie zawsze tak było. Gdyby ktoś cofnął się w czasie o jakieś 4 mld lat, zobaczyłby najprawdopodobniej nie jedną, a trzy błękitne planety orbitujące wokół Słońca. Nasza gwiazda była wówczas nieco słabsza, emitowała około 25 proc. mniej energii niż dziś, ale to wystarczało. Na powierzchni Marsa, Ziemi i najprawdopodobniej Wenus znajdowały się głębokie, ciepłe oceany. Wszystkie trzy skaliste planety mogły potencjalnie stać się gościnnymi domami dla żywych istot. Dziś biosfera istnieje tylko na jednej. Kluczowe pytanie brzmi: dlaczego Wenus i Mars są martwe, a Ziemia rozkwitła. I co musiałoby się stać, by nasza planeta stała się równie sterylna, jak jej krewniaczki. Mars jest tutaj szczególnie obiecującym polem do badań, bo geologicznie umarł wcześnie i – w przeciwieństwie do Wenus – zastygł niemal niezmieniony.

– Powierzchnia Wenus jest stosunkowo młoda. Skały ją pokrywające mają, jak sądzimy, mniej niż 300 mln lat. Marsjańska powierzchnia jest o wiele starsza – mówi Lapôtre. – Jej 90 proc. pochodzi sprzed ziemskiego kambru [okresu geologicznego, który rozpoczął się 541 mln lat temu – red]. Aż 80 proc. jest odpowiednikiem ziemskiego archaiku [który trwał od 4 do 2,5 mld lat temu – red.]. Także dlatego jest tak interesująca.

Dla geologa takiego jak Lapôtre szansa zbadania nie pojedynczych skał, ale kompletnych systemów sprzed miliardów lat jest tym, czym dla zoologa byłaby możliwość obserwowania w akwarium ławicy trylobitów. To szansa na zrozumienie podstaw całego systemu funkcjonowania dzisiejszej Ziemi.

– Badając procesy kształtujące Ziemię, w większości przypadków polegamy tylko na jednym źródle danych, na naszej własnej planecie. To może zaburzać perspektywę. Przez jeden punkt można przecież przecisnąć dowolnie dużo prostych. Nie wiemy do końca czy to, co działa na Ziemi, działa też w innych miejscach – tłumaczy dr Anna Łosiak, geolożka planetarna z Polskiej Akademii Nauk. – To bardzo skomplikowany system i tylko jeżeli mamy możliwość porównania Ziemi do Wenus czy Marsa, jesteśmy w stanie powiedzieć, jak te procesy potoczą się w przyszłości.

Taki mamy klimat

Właśnie dlatego od dziesięcioleci wysyłamy na Marsa zrobotyzowanych geologów. Najnowszy z nich, ważący nieco ponad tonę łazik Perseverance, ma badać właśnie Jezero – stary krater uderzeniowy, który, być może przez miliony lat, był marsjańskim jeziorem. To może być najlepsze miejsce do poszukiwań śladów przeszłego lub obecnego marsjańskiego życia, jednak nawet jeśli nigdy nie znajdziemy choćby jednego skamieniałego marsjańskiego mikroba, wiedza, którą tam zdobędziemy, będzie cenna. Także dla lepszego zrozumienia zmian klimatycznych zachodzących na Ziemi.

– W mojej pracy skupiam się na badaniu rzek i systemów skał osadowych – opowiada Lapôtre. – Badania rzek na Marsie umożliwiają nam rodzaj naturalnego eksperymentu, który pokazuje, jak ten system działa bez wpływu roślinności. A rzeki są niezwykle ważne dla cyklu węglowego i jego wpływu na klimat naszej planety. Równiny zalewowe są ogromnymi rezerwuarami węgla i stanowią rodzaj bufora, więc kluczowe jest to, żebyśmy lepiej zrozumieli, jak funkcjonują te systemy. Odkryliśmy np., że rzeki bez roślinności migrują dziesięciokrotnie szybciej, co oznacza, że węgiel zmagazynowany przez nie w osadach będzie tam uwięziony krócej – wyjaśnia francuski uczony.

Możemy myśleć o Marsie i Wenus jako o czymś w rodzaju grupy kontrolnej w eksperymencie. Porównując to, jak działają czy działały tam procesy kształtujące planety, z tym, jak działają na Ziemi, możemy wypracować dokładniejsze hipotezy wyjaśniające, dlaczego nasza planeta zachowuje się w określony sposób. I lepiej prognozować to, jak będzie się zmieniać.

– System klimatyczny Marsa jest dużo prostszy niż Ziemi – tłumaczy dr Łosiak. – Możemy go więc traktować jako testowy, uproszczony model naszej planety. To bardzo użyteczne, jeśli to, co masz badać, jest tak skomplikowane jak ziemski klimat.

Jedną z możliwości jest ulepszanie modeli prognozujących ewolucję, jakiej podlega system klimatyczny naszej planety. Zazwyczaj komputerowe modele prognozujące zmiany klimatu testowane są tak, że naukowcy, po opracowaniu modelu, „karmią” go danymi historycznymi, na przykład sprzed 30 lat, a potem sprawdzają, czy produkowane przez system prognozy dalszego rozwoju sytuacji pokrywają się z faktycznymi danymi zarejestrowanymi w kolejnych latach na Ziemi. Mars i Wenus dają nam kolejną opcję na doszlifowywanie tych symulacji.

– Te same modele były stosowane do analizy klimatów innych planet. Dzięki obserwacji tego, jak te modele spisują się w odmiennych od ziemskich warunkach, były ulepszane, i stosowane ponownie do badań klimatu na Ziemi. To taki cykl nauki – mówi dr Łosiak. – Zawsze źle bada się coś, kiedy masz tego tylko jedną sztukę. Geologia planetarna daje nam więcej punktów odniesienia, na podstawie których możemy testować różne hipotezy.

Zjadacze skał

Mars i Wenus są dla nas ważne jeszcze z jednego powodu. Stanowią rodzaj przestrogi. Pokazują, że nasza biosfera, z całym jej bogactwem, nie jest ani wieczna, ani niezniszczalna, ani też jej powstanie nie było pewne. Wszystkie trzy planety zaczynały od podobnych warunków. Ich ewolucja przebiegła jednak drastycznie różnie. Wenus zmieniła się w piekielny, rozgrzany jak piec świat o kwasowych chmurach. Mars – w zamarznięty cień być może żywej kiedyś planety. Dopiero zaczynamy rozumieć, dlaczego tak się stało, i jakie ma to konsekwencje dla przyszłości życia na Ziemi. Ale żeby ustalić, dokąd zmierzamy, musimy zrozumieć, jak się znaleźliśmy tu, gdzie jesteśmy.

– Są dowody na to, że życie na Ziemi powstało przeszło 3,7 mld lat temu. Wcześniej Układ Słoneczny był bardzo chaotycznym miejscem, a planety podlegały stałemu bombardowaniu przez asteroidy – tłumaczy Lapôtre. – W takich ekstremalnych warunkach życiu byłoby trudno przetrwać. Na Ziemi nie mamy już pozostałości tego bombardowania, ale na Marsie jego ślady nadal istnieją.

Jedna z hipotez mówi, że życie miało lepsze warunki do powstania i rozwoju na Marsie niż na Ziemi. Dzięki niższej grawitacji skały tworzące skorupę Marsa są bardziej porowate, więc jeżeli hipotetyczne marsjańskie życie powstało wcześniej niż ziemskie, to byłoby mu łatwiej znaleźć tam schronienie przed uderzeniami. Dopiero stamtąd mikroby, wysłane w międzyplanetarną podróż na marsjańskich odłamkach wyrzuconych w kosmos przez uderzenia asteroid, mogły dotrzeć na Ziemię i skolonizować ją.

Jeśli tak, to dokonały właściwego wyboru. Wiele wskazuje na to, że choć stany wyjściowe wszystkich trzech planet były podobne, to hipotetyczne biosfery Marsa i Wenus były z góry skazane na śmierć – m.in. przez geologię.

– Ziemia ma płyty tektoniczne. Ani Wenus, która wydaje się być bardzo podobna, ani Mars ich nie mają – opowiada dr Łosiak. – A bez tektoniki płyt nie byłoby nas. Życie takie jak ziemskie potrzebowało do powstania chemicznego recyklingu. Jesteśmy przekonani, że pierwsze istoty żywe na Ziemi były chemotrofami. W uproszczeniu – jadły skały. Jeżeli wyobrazimy sobie planetę podobną do Ziemi, ale bez tektoniki płyt, to choć na początku będzie ona pełna interesujących i smakowitych skał, które pierwsze organizmy mogą wykorzystywać jako źródło energii, to bez ciągłej dostawy nowych skał prędzej czy później wyczerpią wszystkie łatwo dostępne źródła energii. Tę dostawę zapewniają procesy tektoniczne – wyjaśnia dr Łosiak.

Magnetyczna ochrona

Gdyby więc nie stałe „mielenie” ziemskiej powierzchni przez geologiczne siły napędzające dryf kontynentalny, który wypycha na powietrze wciąż nowe skały i głęboko grzebie najstarsze, żywe istoty nie miałyby dość czasu, by wyewoluować w bardziej złożone formy. Nie powstałyby rośliny ani żywiące się nimi zwierzęta. Żeby jednak dokładnie zrozumieć ten proces i jego konsekwencje, musimy lepiej poznać światy, gdzie on nie zachodzi. I zrozumieć, dlaczego my mieliśmy szczęście.

A mieliśmy go naprawdę dużo, bo Ziemia, pod innymi względami będąca zupełnie przeciętną kosmiczną skałą, ma jeszcze jedną cechę, której zabrakło bliźniaczkom: pole magnetyczne. To ono sprawiło, że ziemska atmosfera nie została, tak jak marsjańska, rozdmuchana przez kosmiczny wiatr. I – w przeciwieństwie do Wenus – zachowała wodę, której cząsteczki, pod wpływem wysokiej temperatury lub promieniowania, mogą się łatwo rozpadać.

– Sam wodór, nieprzyczepiony do dwóch atomów tlenu, jest bardzo lekki. Na skutek przypadkowych zderzeń z innymi cząsteczkami może przyspieszać tak bardzo, że odlatuje w przestrzeń kosmiczną. Szczególnie jeśli jest gorąco. Coś takiego stało się na Wenus – tłumaczy dr Łosiak.

Ale to, dlaczego my cieszymy się magnetyczną ochroną, której nie ma ani Wenus, ani Mars, jest nadal tajemnicą.

– Nie wiemy, w jaki sposób zaczęło się pole magnetyczne na Ziemi. Nie wiemy, czy istniało na Marsie, a jeśli tak, to jak długo. Nie wiemy, dlaczego nie ma go na Wenus – mówi polska geolożka. – A przez to, że nie do końca wiemy, jak to wszystko się zaczęło, nie mamy pojęcia, w jaki sposób, czy i kiedy się skończy. Co byłoby dla nas bardzo niedobre – dodaje.

Nawet jeśli nigdy nie odkryjemy życia na innych planetach, badanie innych światów ma kluczową rolę dla ochrony życia, które już znamy. Na jedynym znanym nam zielonym świecie. Jak na razie to właśnie Mars i Wenus są naszą najlepszą bazą wiedzy o Ziemi. O tym, co sprawia, że nasz dom jest gościnny. I co zrobić, żeby gościnnym pozostał. ©