Op onze wereld zorgt de activiteit van sommige microben ervoor dat sulfaten omgezet worden in sulfiden, verbindingen die zwavel bevatten. De microben geven de voorkeur aan de lichtere isotoop S-32, wat betekent dat de sulfiden die geproduceerd worden in verhouding minder vaak ontstaan zijn met behulp van de zwaardere isotoop S-34. Men heeft zich lang afgevraagd of dit patroon een helpende hand kan bieden in de zoektocht naar tekenen van leven op Mars. Om daar duidelijkheid over te scheppen hebben de onderzoekers sulfiden in rotsen in de in Canada gelegen Haughton-krater geanalyseerd. Het feit dat de sulfiden ontstonden bij temperaturen van boven de zeventig graden Celsius suggereert dat deze kort nadat de krater 39 miljoen jaar geleden gevormd werd bij een meteorietinslag ontstonden door de aanwezigheid van verwarmd water.

Ondanks het feit dat er tientallen miljoenen jaren zijn verstreken zijn de tekenen van leven in de krater nog steeds te zien. Volgens Parnell wekt dit de suggestie dat de ‘handtekening’ van levensvormen zich maar moeilijk laat wissen, hetgeen de kans dat rotsen op onze buurplaneet die ooit leven huisvesten nog steeds detecteerbare tekenen van organismen kunnen bevatten vergroot. Curiosity, de nieuwe rover van de ruimtevaartorganisatie NASA moet in 2012 op het oppervlak van de rode planeet landen en zou in staat moeten staan om bewijs van de vroegere aanwezigheid van levensvormen op de wereld op deze manier te vinden. Het voertuig zal uitgerust zijn met een spectrometer die gevoelig genoeg zal zijn om variaties van twee procent in zwavelisotopen te onwaren.

Niet alleen op het noordelijk halfrond van onze planeet is de lente in aantocht, ook op die van Mars worden de dagen langer en is de temperatuur aan het stijgen. Dat heeft tot gevolg dat het ijs op dit deel van de planeet, dat grotendeels uit koolstofdioxide bestaat gedeeltelijk aan het smelten is. De dooi van het ijs op de toppen van kliffen zorgt er ieder jaar voor dat rotsen en puin in grote getale met een hoge snelheid naar beneden vallen. Soms heeft men het geluk dat de HiRISE-camera van het ruimtevaartuig op dit gebied gericht staat en krijgen onderzoekers de kans om één van de vele lawines die ontstaan rond deze tijd van het jaar vast te leggen.

Klik hier voor een grotere versie (2.1 MB) van de afbeelding.

En dat is mogelijk zonder dat de rover ook maar één van diens mechanische spieren hoeft te bewegen. Wanneer het voertuig zich niet verroert, zal de enige beweging die van de planeet zelf zijn. Aangezien onderzoekers al weten wat de eigenschappen van de baan van onze buurplaneet zijn, zal men in staat zijn om Spirit’s radiosignaal te gebruik om meer te weten te komen over hoe de wereld om zijn eigen as draait. Tijdens dat proces ‘wiebelt’ Mars licht en ondanks het feit dat dit proces nauwelijks meetbaar is, kunnen de miniscule veranderingen van onschatbare waarde zijn als men een beter beeld wil krijgen van de Martiaanse kern.

In het geval dat de kern door en door vast is, zal de planeet iets anders wiebelen dan wanneer het centrum vloeibaar is. Vergelijk het met het verschil in de manier waarop een hardgekookt en een rauw ei rondjes tolt. De radiosignalen van de rover kunnen ons bovendien iets vertellen over de precieze snelheid waarmee Mars wiebelt. In combinatie met gegevens over de grootte en massa van de rode planeet kan dit onze kennis over hoe ijzer en rots zich in het algemeen binnen in een planeet gedragen en wat de grootte en dichtheid van de Martiaanse kern zelf is aanzienlijk vergroten.

De passages bieden een unieke mogelijkheid om extra wetenschappelijk onderzoek te doen met Mars Express, een ruimtevaartuig dat ontwikkeld was om louter onze buurplaneet te bestuderen. Omdat de ruimtesonde zich in een elliptische en polaire baan bevindt met een maximale afstand van circa tienduizend kilometer van de rode planeet, slaat men Phobos normaal gezien over. Dankzij enkele manoeuvres nadert het vaartuig de maan tot eind maart echter tot op verschillende afstanden, die variëren van enkele honderden kilometers tot de eerder genoemde vijftig kilometer. Na 26 maart zal de aandacht weer op Mars gevestigd worden.

Vooral de flyby waarbij Mars Express de maan het dichtst nadert is van groot belang voor onderzoekers. Op die afstand zou de ruimtesonde verschillen moeten voelen in de sterkte van de aantrekkingskracht van Phobos. Met behulp van de gegevens die hiervan verzameld zullen worden, is men in staat om de inwendige structuur van de maan in kaart te brengen. Aan de hand daarvan hopen onderzoekers te kunnen bepalen wat de oorsprong van Phobos is. Er zijn drie mogelijkheden: de eerste is dat de maan een ingevangen asteroïde is, de tweede is dat het op hetzelfde moment als en in het bijzijn van Mars werd gevormd en de derde houdt in dat de maan ontstond uit materiaal dat vrijkwam bij een meteorietinslag op onze buurplaneet.

Van de twee manen bevindt Phobos zich het dichtst bij onze buurplaneet. De maan doet er ongeveer zeven uur en 39 minuten over om de rode planeet één keer te omcirkelen en draait relatief gezien sneller om Mars dan onze maan om de aarde. Op het moment dat Mars Express diens vizier richtte op het tweetal bevond de laatstgenoemde maan zich op circa 11.800 kilometer van het Martiaanse oppervlak en Deimos op zo’n 26.200 kilometer. Daarbij werd gebruik gemaakt van de zogeheten High Resolution Stereo Camera (HRSC) van de ruimtesonde, welke Mars bijna zes jaar geleden wist te bereiken.

Het gebeurt niet vaak dat beide manen zich vanuit de baan van Mars Express gezien precies op één lijn bevinden. Het plan om het tweetal samen te fotograferen was dan ook al jaren in de maak en dankzij de elliptische baan van het vaartuig, de accurate kennis over de banen van de planeet, de manen en de ruimtesonde en door de perfecte planning van de teams van onderzoekers die zich bezighouden met de missie, heeft men deze unieke kans met succes aan kunnen grijpen. Een soortgelijk kunstje wist de ruimtesonde Cassini in het najaar van 2005 ook al te vertonen, toen diens camera de manen Janus, Epimetheus en Dione samen in beeld bracht.

Opportunity had het in de jacht op mineralen een stuk gemakkelijker dan diens broertje; de rover daalde af in de voormalige bedding van een meer. Spirit landde in basaltische vlaktes die gevormd werden door lavastromen na de inslag van meteorieten. Bij voorbaat wist men al dat de kans klein was dat er ooit water stroomde in dat gebied. Maar toen de rover de zogeheten Columbia Hills bereikte, stuitte het voertuig dan eindelijk op een mineraal dat ontstaat in de nabijheid van water: ijzerhydroxide. Daar is het echter niet bij gebleven. Tijdens een poging om de vastzittende rover los te krijgen uit de bodem werden onderliggende sulfaten blootgelegd, mineralen die gevormd worden bij het vrijkomen van stoom.

Naast aanwijzingen voor de vroegere aanwezigheid van stoom, dat geassocieerd wordt met hydrothermale activiteit, ontdekte de robot ook dat de bovenlaag van het materiaal korstig is. Waarschijnlijk vormde sulfaten deze korst ten gevolge van variaties in het klimaat op de planeet, die in verband staan met veranderingen in de baan van Mars in enkele miljoenen jaren. Men denkt dat deze korst toentertijd gevormd werd tijdens de Martiaanse zomer, toen het warmer werd op de polen en het waterijs zich naar de evenaar verplaatste. Het ijs zou tijdens dit proces zijn gaan smelten en hierbij werden ijzer- en calciumsulfaten van elkaar gescheiden, waarbij die van de laatste soort overbleven en een korst vormden op de mineralen.

Verondersteld wordt dat onze buur ooit een dikke atmosfeer van koolstofdioxide moet hebben gehad. Dankzij een deken van CO2 en andere broeikasgassen zouden de temperaturen en de atmosferische druk op Mars hoger zijn geweest en werd voorkomen dat het vloeibaar water dat toentertijd aanwezig was op diens oppervlak niet bevroor of verdween. In een relatief kort tijdsbestek is de dampkring van Mars verloren gegaan. De inslag van een asteroïde kan ervoor gezorgd hebben dat het grootste deel van de atmosfeer in de ruimte verdween, maar het is ook mogelijk dat het oppervlak de koolstofdioxide ‘absorbeerde’ en opsloot in mineralen zoals carbonaat. Een andere mogelijke oorzaak kan erosie veroorzaakt door de zonnewind – de stroom van elektrisch geladen deeltjes van onze ster – zijn geweest.

MAVEN, dat staat voor Mars Atmosphere and Volatile Evolution, zal de eerste missie zijn die specifiek ontworpen is om uit te zoeken hoe CO2 en andere gassen verloren zijn gegaan. De sonde moet de rode planeet op zijn minst één aards jaar omcirkelen. In die periode zal de afstand tussen het oppervlak en het ruimtevaartuig variëren van 125 tot 6000 kilometer. Deze grote verscheidenheid aan afstanden zal MAVEN er toe in staat stellen om de atmosfeer van onze buurplaneet beter dan ooit in kaart te brengen. Wanneer men kan bepalen met welke snelheid de planeet op dit moment koolstofdioxide verliest kunnen onderzoekers er tevens achter komen in welke mate dat in de afgelopen vier miljard jaar is gebeurd.

De vraag hoe de dampkring is verdwenen is echter ook van belang. Het is algemeen bekend dat de Martiaanse atmosfeer kwetsbaar is vanwege het feit dat de planeet geen globaal magnetisch veld bezit. Het aardmagnetisch veld strekt zich tot ver in de ruimte uit en omgeeft de gehele planeet, waardoor het als een beschermende bubbel dient die de zonnewind afdraait. In het geval van Mars zijn slechts enkele kleine delen van de planeet beschermd, voornamelijk boven het zuidelijk halfrond. De rest van de dampkring wordt voortdurend blootgesteld aan de deeltjesstroom van de zon. Langzame erosie kan in deze gebieden de boosdoener zijn geweest, maar of dat daadwerkelijk het geval is moet blijken uit de gegevens die over enkele jaren verzameld zullen worden.

Credit: Sebastian Kaulitzki (Fotolia.de)

De wetenschappers hebben een microscoop ontwikkeld die ondergedompeld kan worden in water om eventuele microscopische levensvormen die in staat zijn om te zwemmen of te drijven op te sporen. Het instrument bestaat uit enkele waterdichte compartimenten die gescheiden worden door een kamer waarin water kan stromen. Eén van die compartimenten bevat een blauwe laser die gericht is op een venster ter grootte van een pinhole, een klein gaatje. Tegenover het gaatje, in het tweede compartiment, bevindt zich een digitale camera.

Wanneer de laserstraal in aanraking komt met het gaatje genereert het een bolvormige lichtgolf die zich verspreidt door het water. Indien het een microscopisch object raakt – een bacterie bijvoorbeeld – treedt er verdere diffractie op. De sferische golf en het diffractiepatroon dat gecreëerd wordt door het object mengen zich vervolgens tot een patroon dat vastgelegd kan worden door de camera. Het patroon is in wezen een hologram van alles wat zich voor het gaatje bevindt.

Kreuzer heeft een algoritme gepatenteerd dat de objecten die het laatstgenoemde patroon creëren binnen enkele milliseconden kan reconstrueren. Op deze manier kan men real-time beelden van een object verkrijgen als deze niet kleiner is dan zo’n honderd nanometer. Om het instrument op de proef te stellen, heeft het team deze meegenomen naar het Axel Heiberg-eiland in de Noordelijke IJszee, waar een robotvoertuig het wist onder te dompelen in een meer. Het resultaat was verrassend. “We zagen allerlei diertjes waarvan we niet wisten wat het waren,” aldus teamlid Jay Nadeau van de McGill University.

Volgens Nadeau kan het apparaat gemakkelijk worden vervoerd en zijn er niet voortdurend ingrepen nodig om duidelijk beelden te verkrijgen. Het instrument heeft een grote beeldhoek en scherptediepte, wat ervoor zorgt dat objecten gevolgd kunnen worden als deze in de zeven kubieke millimeter grote kamer tegenover het kleine gaatje drijven. “Je kunt met volle zekerheid zeggen of er iets levends in te vinden is en zwemt,” zei Nadeau.

Chris McKay van NASA’s Ames Research Center in Californië is gefascineerd door het werk. “Hoewel ik niet wil beweren dat een microscoop het volgende instrument is dat naar Mars of Europa gestuurd wordt, is het duidelijk dat we uiteindelijk microscopen moeten sturen,” zei hij.

De kraters zijn een deel van de meer dan honderd verse inslagplekken die het team dat zich bezighoudt met de missie tot op de dag van vandaag heeft gevonden. Door eerder verzamelde beelden te analyseren, kan men bepalen of een inslagkrater relatief kortgeleden is ontstaan. Het is echter niet zeker dat alle vijf kraters een ook daadwerkelijk waterijs bevatten. Slechts bij één krater kon bevestigd worden dat het waterijs bevat, omdat het ijs dat te vinden was op de andere inslagplekken zich niet ver genoeg uitstrekte om onderzocht te worden met een spectrometer. Volgens de onderzoekers duidt de aanwezigheid van het ijs erop dat er wellicht enkele duizenden jaren geleden een vochtiger klimaat heerste op de planeet.

Men vermoedt door de vondst dat de lander Viking 2, welke in 1976 in de bodem op de middelste breedtegraden van Mars groef, op ijs zou zijn gestuit als het tien centimeter dieper had gegraven. De missie, die bestond uit een orbiter en een lander, ging van start in september 1975 en werd één van het eerste tweetal ruimtevaartuigen dat succesvol naar het Martiaanse oppervlak af wist te dalen. De landers Viking 1 en 2 brachten onder meer de structuur en de samenstelling van de atmosfeer en de bodem van de rode planeet in kaart en voerden verschillende biologische proeven voor leven uit. IJs werd echter niet gevonden.

“Eigenlijk zou Mars tussen de witte poolkappen zwart moeten zijn, omdat het overgrote deel van de rotsen op de middelste breedtegraden basalt is. Decennialang zijn wij ervan uitgegaan dat de rode gebieden op de planeet gerelateerd zijn aan diens waterrijke geschiedenis en dat er in sommige gebieden waterdragende zwaar geoxideerde ijzermineralen te vinden zijn,” aldus Merrison. Vloeibaar water blijkt nu echter geen grote rol hierin te hebben gespeeld.

De onderzoekers vulden hermetisch afgesloten glaskolven met zandmonsters en kieperden iedere kolf gedurende enkele maanden zo’n tien miljoen keer om. Na zeven maanden bleek tien procent van het zand teruggebracht te zijn tot stof. Toen het team magnetiet, een ijzeroxide dat aanwezig is in het basalt op Mars in poedervorm toevoegde, werd het zand tot hun verbazing steeds roder naarmate de kolven vaker werden omgekeerd.

Nauwkeurige kennis van de samenstelling en de mineralogie van de planeet is van vitaal belang in het begrijpen van de structuur en evolutie van de omstandigheden die dichtbij het Martiaanse oppervlak heersen en diens interactie met de atmosfeer, maar ook in de zoektocht naar potentieel bewoonbare plekken op Mars. Fijne rode stofkappen bedekken het oppervlak van de planeet en de stofdeeltjes zijn bovendien aanwezig in diens atmosfeer, domineren het weer en worden soms zo dik dat ze de planeet in duisternis hullen. Hoewel stof alomtegenwoordig is, begrijpt men diens fysische, chemische en biologische eigenschappen nog lang niet helemaal.