Rätt säsong för färd till Mars

Med ungefär två års mellanrum befinner sig Mars i ett fördelaktigt läge i förhållande till jorden, vilket gör det möjligt att färdas dit till minsta möjliga kostnad – i raketbränsle räknat. Det utnyttjar Kina, Förenade Arabemiraten och USA som skickar varsin farkost till Mars sommaren 2020.

Målet för både Kina och USA är att sätta ned landare på ytan. Det är en svår uppgift jämfört med att utforska planeten under en förbiflygning eller från omloppsbana. I oktober 2016 kraschade till exempel landaren Schiaparelli, som var ett samarbete mellan den europeiska rymdstyrelsen Esa och den ryska motsvarigheten Roscosmos.

Den första farkost som klarade att landa var den sovjetiska Mars 3 1971, men de flesta landare som hittills nått ytan har kommit från USA. Den senaste var den stationära forskningsplattformen Insight som landade 2018.

Snart kan de amerikanska robotarna alltså få kinesiskt sällskap. Från Kina sänds Tianwen-1, som består av en satellit som ska kretsa kring Mars och en strövare (robotbil) som ska utforska ytan. Målet är att söka efter tecken på mikroskopiskt liv och samtidigt samla mer kunskap om planeten och dess miljö.

Förenade Arabemiratens första Mars-sond

En ny rymdnation som siktar på Mars är Förenade Arabemiraten. Förra året reste landets första astronaut, Hazza Al Mansouri, till den internationella rymdstationen ISS samtidigt som den amerikansk-svenska astronauten Jessica Meir. I samarbete med amerikanska rymdföretag och den japanska rymdstyrelsen Jaxa har Förenade Arabemiraten nu också byggt sin första Mars-sond. Farkosten al-Amal, ”Hopp”, är en vädersatellit som ska sändas upp med en japansk raket och sedan kretsa kring Mars för att observera förhållandena i atmosfären.

I omloppsbana kring Mars finns sedan tidigare flera amerikanska satelliter, de europeiska ExoMars TGO och Mars Express, och Indiens Mars orbiter mission.

USA följer upp sin serie av framgångsrika Marsströvare med ännu en, vid namn Perseverance. En finess är att den åtföljs av en liten helikopter, som ska kunna sondera terrängen för att hjälpa Perseverance att välja väg över planetytan. Perseverance ska söka efter förhållanden där liv kan ha funnits tidigare i planetens historia.

Europeiska Mars-bilen skjuts på framtiden

Både den amerikanska och den kinesiska strövaren kommer att samla in material som är tänkt att hämtas hem till jorden med framtida farkoster, om kanske tio år.

Ända fram till i början av mars var planen att även det europeiska forskningsprogrammet Exomars skulle sända iväg en farkost i sommar, med marsbilen Rosalind Franklin och den stationära plattformen Kazachok. På plattformen finns ett svenskbyggt instrument från Luleå tekniska universitet, Habit, som ska utforska möjligheterna att utvinna vatten på Mars yta (se F&F 1/2017).

Men efter problem med tester av fallskärmarna blev tidsplanen pressad. Samtidigt kom pandemin med det nya coronaviruset som gjorde det svårt för de inblandade att resa och hinna få allt klart. Därför kom den europeiska rymdstyrelsen Esa och ryska Roscosmos överens om att fördröja uppdraget till nästa uppskjutningsfönster år 2022.

I skrivande stund verkar dock planerna för de övriga tre projekten gå framåt som planerat.

Mysterium hur luft och vatten försvann från Mars

När planeten Mars var ung täcktes den av hav och floder. Den hade ett vädersystem med snö och regn som drevs av växthuseffekten i den då mycket tjockare atmosfären. För omkring 3,3 miljarder år sedan förändrades allt och Mars förvandlades till den kalla ökenplanet vi känner i dag. Hur detta gick till är fortfarande en gåta.

– Den viktigaste frågan är vart vattnet tog vägen – ner i berggrunden eller ut i rymden, säger Mats Holmström på Institutet för rymdfysik.

Han ansvarar för ett instrument ombord på satelliten Mars Express, som har kretsat kring Mars sedan 2003 och som mäter hur solvinden påverkar den övre delen av atmosfären. Det är ett sätt att ta reda på hur partiklar lämnar det som återstår av Mars atmosfär i dag, och med hjälp av den kunskapen lista ut vad som har hänt tidigare i planetens historia.

Det vatten som en gång fanns på planetens yta har försvunnit. En del av det finns kvar som is under markytan, men en okänd andel har försvunnit på samma sätt som planetens luft.

När det fanns oceaner på Mars ingick vattnet i ett kretslopp, precis som på jorden. Vatten som avdunstade blev till vattenånga i atmosfären, men allt regnade inte ned igen. De vattenmolekyler som nådde högt upp i atmosfären kunde slås sönder till syre och väte av joniserande strålning. Syre och väte är lätta atomer som lättare än tyngre ämnen kan försvinna ut i rymden. Processerna som nöter på atmosfären pågår ännu i dag.

Mars skyddas inte av magnetfält

En förklaring till Mars brist på atmosfär som ofta framförs, bygger på att planeten, till skillnad från jorden, inte skyddas av något magnetfält. Tanken är att utan magnetfält kan solvinden komma åt atmosfärens övre delar och erodera bort gaserna därifrån. Mats Holmström och hans kolleger har dock kommit fram till att det inte är riktigt så enkelt. Solvinden för nämligen med sig ett inbäddat magnetfält som orsakar elektriska strömmar i de översta skikten av den marsianska atmosfären. Strömmarna ger i sin tur upphov till en skyddande magnetisk bubbla som stöter bort solvinden. Det verkar alltså som om andra förklaringar måste till.

Mats Holmström påpekar att hans instrument har mätserier ända sedan 2003. Att kunna mäta under lång tid är viktigt för att se vad som händer under olika typer av förhållanden. Solvinden varierar nämligen med solens aktivitet under en solfläckscykel, som tar ungefär elva år. Det kan jämföras med den högre aktiviteten som solen antagligen hade i sin ungdom, att döma av hur andra stjärnor av samma typ uppför sig.

– Rymdmiljön vid Mars under stora solutbrott kanske liknar de tidiga förhållandena, säger Mats Holmström.

Mätresultaten tyder på att det, tvärtemot vad man skulle kunna tro, snarare är färre partiklar som försvinner från atmosfären när solvinden är extra stark.

– Men det finns en stor osäkerhet – en del andra mätningar motsäger detta. Det är alltså inte helt klarlagt, säger Mats Holmström.

Han och hans kolleger har undersökt en mekanism där elektroner slås bort från atomer och molekyler av solljuset, och de laddade partiklarna sveps bort med solvinden. De kom fram till att den mekanismen inte ens under flera miljarder år har kunnat föra bort mer än en liten del av Mars ursprungliga atmosfär. Det måste då vara någon annan process som har tömt Mars på luft och vatten.

Kina skickar upp Tianwen-1

Snart kommer Mars Express med Mats Holmströms instrument att få sällskap av en kinesisk satellit med ett liknande instrument. Tianwen-1 som sänds iväg i sommar består av en robot som ska landa på ytan och en kretsare som bland annat ska mäta partiklar. Institutet för rymdfysik samarbetar redan med Kina och har byggt instrumentet Asan som finns på den kinesiska månlandaren Chang’e. De har också kontakt med den kinesiska gruppen bakom instrumentet på Tianwen-1. Mats Holmström vet inte om de kommer att få ta del av kinesernas data, men det kan bli intressant att lägga ihop mätningarna.

– Med flera liknande instrument kring Mars kan man göra samtidiga mätningar i olika regioner.

En liten bit i taget pusslar forskare ihop Mars historia. Många gåtor återstår fortfarande, men vi kommer att få många nya ledtrådar under de kommande åren.

Uttorkad krater skulle kunna avslöja liv på Mars

Geologen Sanna Alwmark väntar spänt på bilder från en uttorkad krater på Mars. Sedimenten i den tidigare sjöbottnen kan avslöja rester av liv. Hon är expert på kratrar och arbetar med en rutinerad Marsforskningsgrupp vid Köpenhamns universitet. Gruppen har skickat ett antal instrument till Mars sedan 1990-talet och framåt. Bland annat har de studerat dammet på planeten, som innehåller mycket järn och är det som ger Mars dess röda färg. Nu har gruppen hjälpt till att utveckla instrument på den amerikanska robotbilen Perseverance, som ska landa på Mars den 18 februari 2021. Den kommer att utforska en mycket intressant krater, Jezerokratern. Den är geologiskt spännande och dessutom en av de mest lovande platserna för att söka efter tecken på om det en gång för länge sedan fanns liv på Mars.

För tre och en halv miljarder år sedan var den 45 km breda Jezerokratern fylld av vatten. Atmosfären på Mars var tjockare då, och temperaturen inte lika isande låg. Vattendrag ledde ut sediment i sjön, som avlagrades i två breda deltan i sjön, som kan ha varit så djup som 250 meter.

Här fanns alltså näring och flytande vatten, sådana förhållanden som på jorden förknippas med liv. På jorden var vid samma tid cyanobakterier den dominerande livsformen. De bildade mattor och dynor i grunda delar av haven, som på vissa håll har bevarats som en form av fossil som kallas stromatoliter. Frågan är om liknande liv kan ha funnits också på Mars.

Vattnet i Jezerokratern är borta, men de avlagrade sedimenten finns kvar och har inte förändrats mycket sedan vattnet försvann. Mätningar från rymden visar att här finns lermineral som är kända för att kapsla in och bevara organiskt material.

Väntar på data från Perseverance 

När Perseverance är på plats kommer den att skicka massor av närbilder och mätningar. Fram till dess får Sanna Alwmark nöja sig med att studera Jezerokratern på bilder som är tagna på avstånd, med en kamera på kretsaren Mars Reconnaissance Orbiter.

– Nasa själva skriver att upplösningen är så god att man kan se saker som är lika stora som ett köksbord. Magnifika bilder! Väldigt häftigt.

När hon får frågan om vad som är mest spännande att utforska när det väl finns instrument på plats på marken kan hon inte välja, utan kastar fram en lång rad forskningsfrågor. Bland annat handlar de om de två floddeltan som visar att kratern för länge sedan fylldes med vatten från omgivningen.

– Är det norra deltat sammankopplat med det västra deltat? Skiljer det mycket i ålder? Vad betyder det för frågorna om liv på Mars, och Mars ”blöta” historia?

Det är stor skillnad på att se satellitbilder och att se geologiskt material på nära håll. Drömmen vore att kunna få hålla i materialet och studera det själv, men snart kommer åtminstone Perseverance att ge Sanna Alwmark och andra forskare en sorts ögon och händer på plats.

Sedan tidigare studerar Sanna Alwmark nedslagskratrar här på jorden. Hon tittar också på meteoriter som berättar om solsystemets utveckling. Kunskaperna från sådana studier är till god hjälp vid analysen av material i Jezerokratern.

Tre expeditioner mot Mars i sommar

Klicka för att ladda ner infografiken som PDF.

Här är årets Marsfarkoster

1) Förenade Arabemiraten gör stora satsningar på att bli en rymdnation. Vädersatelliten al-Amal (hopp) ska utforska Mars atmosfär.

2) Kina skickar det tvådelade uppdraget Tianwen-1. En del ska kretsa i omloppsbana. Den andra är en robotbil som blir Kinas första försök att landa på Mars.

3) Tillsammans med den amerikanska robotbilen Perseverance följer också en helikopter med till Mars. Den ska bli den första att flyga utanför jorden.