Denne steinen ble funnet i Marokko i 2011. Ifølge forskerne stammer den opprinnelig fra Mars. Men hvordan i all verden kan de vite det? (Foto: Steve Jurvetson)
Spør en forsker: Hvordan vet vi at en stein stammer fra Mars?
Meteoritter har gitt oss massevis av viktig kunnskap om Mars. Men hvordan i all verden kan forskerne vite at en liten stein som blir funnet på jorden, stammer fra den røde planeten?
LiseBrixjournalist i videnskab.dk
Meteoritter
En meteoritt eller meteorsteiner er en stein- eller metallklump fra verdensrommet som er ramlet ned på jorden.
Man har funnet meteoritter fra Mars, fra månen og fra asteroider.
En meteoritt blir typisk skapt når det skjer et voldsomt nedslag på dens opprinnelige hjemsted – for eksempel et meteornedslag på Mars.
Ved meteornedslaget kan en stein bli revet løs fra overflaten. Hvis det oppnår en høy nok fart, kan de slippe unna tyngdekraften og havne ut i det tomme rom.
Når de passerer jorden, kan de bli fanget inn av tyngdekraften. Og hvis det overlever turen ned gjennom jordens atmosfære, kan man finne det som en meteoritt på overflaten.
Referanser: Morten Bo Madsen, Martin Bizzarro, Rasmus Andreasen
Avsløringen av Mars-meteoritters opprinnelse
Fra slutten av 1970-tallet ble forskerne klar over at en gruppe av meteoritter lignet hverandre, samtidig som de skilte seg fra andre meteoritter.
Dermed konkluderte de med at denne gruppen av meteoritter måtte ha samme opprinnelsessted. Men hvor?
Studier av mikrostrukturer av krystaller i meteorittene viste at de hadde blitt krystallisert i et større gravitasjonsfelt.
Asteroider har ikke det, men det har planeter. Derfor måtte meteorittene komme fra en planet. Men hvilken?
I 1983 målte forskerne gassbobler som satt innkapslet i en av meteorittene.
Gassboblene hadde en sammensetning av edelgasser som svarte til sammensetningen i atmosfæren på Mars (som hadde blitt kartlagt av Viking-romsondene få år tidligere). Særlig forholdet mellom isotopene av gassen argon (40 og 36) skilte seg fra målinger fra jorden.
Dermed konkluderte forskerne at opprinnelsesstedet for den egne gruppen av meteoritter måtte være Mars.
Siden den gang har man også observert gassbobler i andre Mars-meteoritter. Men i dag avslører man normalt om en meteoritt kommer fra Mars ved å undersøke innholdet av oksygenisotoper – det er nemlig unikt for meteoritter fra Mars og fungerer dermed som en type fingeravtrykk.
Referanser: Morten Bo Madsen, Rasmus Andreasen
Shergotitt, nakhlitt og chassignitt (SNC).
De fleste Mars-meteorittene deles inn i tre grupper.
De tre gruppene kalles: shergotitt, Nakhlitt og Chassignitt (SNC).
Derfor blir Mars-meteoritter også noen ganger kalt for SNC-meteoritter.
Hvis du er en fast leser, har du sikkert fått med deg nyheter om meteoritter fra Mars.
En annen meteoritt – en liten stein på 200 gram, funnet i Algerie – har nylig blitt brukt i en stor studie som avslører at en vulkan på Mars har vært aktiv i rekordlang tid. Hele to milliarder år.
Det har fått en av våre lesere, Erik Nørgaard, til å spekulere over hvordan i all verden forskerne kan vite at små steiner som blir funnet på jorden, opprinnelig stammer fra Mars.
«Hvordan kan man konstatere at en stein eller meteoritt stammer fra Mars når man ikke har vært der oppe og derfor ikke har noen referanser?» skriver Nørgaard i en e-post. «Kan de ikke like godt komme fra jorden? Eller fra en annen planet? «
Vi ser nærmere på bevisene for at de mer enn 130 steinene som er karakterisert som Mars-meteoritter, faktisk stammer fra Mars.
Ingen suvenirer fra Mars
Det er naturligvis ingen mennesker som har vært på Mars. Det er heller ingen romfartøy som har sendt prøver fra Mars ned til jorden.
Men en rekke romfartøy har besøkt Mars. På jorden kan vi få beskjed om resultatet av prøvene via radiosignaler.
Særlig to romsonder, Viking 1 og Viking 2, har spilt en avgjørende rolle, forklarer meteorittforsker Martin Bizzarro.
– Viking-sondene besøkte Mars på 1970-tallet og gjennomførte en rekke målinger av atmosfæren der. Det ga oss viktig kunnskap, forklarer Bizzarro, som er leder av Center for Star and Planet Formation ved Statens Naturhistoriske Museum i Danmark.
Luftbobler gjemt i meteoritter
Kunnskapen om atmosfære kunne utnyttes av meteorittforskere. De hadde nemlig funnet noen bitte små «luftbobler» inne i meteorittene, og de inneholdt prøver av atmosfæren på Mars.
Luftboblene er nemlig kapslet inn i glass, slik at de ikke har blitt forurenset med luft fra jordens atmosfære, forklarer Mars-forsker Morten Bo Madsen.
– Når det skjer et meteornedslag på Mars, kan en stein bli slynget ut i rommet og bli til en meteoritt, som til mye senere ramler ned på jorden. Under et meteornedslag på Mars oppstår det veldig høye temperaturer, og derfor kan steinen smelte og bli til glass.
– Når glasset størkner, kan det fanget små bobler fra atmosfæren. Dermed kan glasset inneholde bobler med litt av atmosfæren til Mars, forklarer Madsen, som er førsteamanuensis i astrofysikk og planetforskning ved Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Forskere fra Nasa konstaterte i 1983 at en meteoritt funnet på Antarktis inneholdt luftbobler med edelgasser som etter alt å dømme ikke kom fra jordens atmosfære.
Sammensetningen av gasser passet godt sammen med det Viking-sondene hadde observert på Mars noen år tidligere. Forskerne ble derfor mer og mer overbeviste om at slike meteoritter måtte stamme fra Mars.
I flere år har robotbilen Curiosity kjørt rundt på Mars og sendt bilder (slik som dette fra foten av Mount Sharp) hjem til jorden. Robotbilen utfører også målinger, og ifølge Scientific American har data fra Curiosity blant annet vist en god match med analyser av en berømt meteoritt (Allan Hills 84001). (Foto: NASA)
Andre forskere var skeptiske. De mente at steiner som ble slynget vekk fra Mars ikke hadde nok fart til å komme seg ut i verdensrommet.
– For å kunne slippe unna tyngdekraften fra Mars, må en stein oppnå en hastighet på 5,03 kilometer i sekundet. Det ble brukt som et argument mot at meteorittene kom fra Mars, forteller Madsen.
– En av de skeptiske forskergruppene kom med beregninger som skulle bevise at det ikke var mulig. Men de fant i stedet ut at det var helt rimelig, sier han, og henviser blant annet til denne studien.
I dag trenger ikke forskerne gjennomføre kompliserte målinger av gassbobler inne i meteorittene for å avgjøre dette.
I stedet kan de måle hvilke stoffer som er til stede i meteorittene, forklarer Rasmus Andreasen, som forsker på meteoritter ved Aarhus Universitet i Danmark.
– Nå har vi referanser vi kan sammenligne andre meteoritter med. Mars-meteorittene skiller seg fra alle andre meteoritter og steiner som stammer fra jorden, forklarer Andreasen.
Mars er naboplaneten til jorden. Her finner vi fjell, sletter, vind og is ved polene. (Foto: NASA)
Oksygen avslører opprinnelsessted
Når forskerne i dag skal undersøke om en meteoritt kommer fra Mars, måler de blant annet innholdet av oksygen. Oksygen finnes i tre forskjellige utgaver – også kalt isotoper – som har forskjellig vekt (oksygen 16, oksygen 17 og oksygen 18).
Man vil alltid få et spesielt resultat hvis meteoritten kommer fra Mars, forklarer Andreasen.
– Forholdet mellom de tre oksygenisotopene er som et fingeravtrykk – hver eneste planet og asteroide har sitt eget, forklarer han.
– Hvis vi plotter resultatet i et koordinatsystem, vil man få en bestemt helning og skjæring på linjen hvis steinen er fra jorden. Hvis steinen er fra Mars, har linjen en annen skjæring.
– I prinsippet kan Mars-meteorittene komme fra en asteroide. Men Mars-meteorittene er størknet i et område med et kraftig gravitasjonsfelt. Og da passer ikke teorien om asteroider.
– Asteroidene er rett og slett for små, forklarer Madsen.
Martin Bizzarro forklarer at hvis meteorittene skulle stamme fra andre planeter enn Mars, kan det bare være snakk om to planeter: Venus eller Merkur.
– Det er bare Venus, Merkur, Mars og jorden som er steinplaneter. De andre planetene er gassplaneter og isgiganter, sier Bizzarro.
– Men det er ganske usannsynlig at meteoritter fra Venus og Merkur ville havne på jorden. De ligger lenger inne mot solen, som trekker alt inn mot seg.
Han forklarer at solens enorme tyngdekraft gjør at steiner beveger seg mot sentrum av solsystemet.
Fragmenter fra Venus og Merkur vil ikke passere jorden, mens det vil skje med fragmenter fra Mars, og da kan de fanges inn av jordens tyngdekraft.
– Beregninger viser at en stein som blir slynget ut fra Mars, har om lag 20 prosents sannsynlighet for å lande på jorden. Jeg ble overrasket selv da jeg hørte det første gang, forteller Morten Bo Madsen.
Madsen påpeker også at Merkur ikke har noen atmosfære, mens atmosfæren på Venus inneholder mye svovelsyre. Det passer altså ikke med «luftboblene» inne i Mars-meteorittene.
En skeptisk leser som Erik Nørgaard vil kanskje innvende at flere av de store månene som svever rundt gassplanetene, har atmosfære. Kan Mars-meteorittene stamme derfra?
– Vi har studert månene ganske inngående, og ingen av dem ser ut til å ha en atmosfære som ligner den vi finner på Mars. De fleste har ikke noen atmosfære i det hele tatt.
– Samtidig er det lite sannsynlig at en stein fra en av disse månene vil lande på jorden. Gassplanetene ligger rett i nærheten, og de har en stor tyngdekraft. Derfor vil gassplanetene fange inn materiale som sendes ut fra månene, sier Madsen.
En siste mulighet kunne selvfølgelig være at meteorittene stammer fra et helt annet solsystem.
Forskere fra Statens Naturhistoriske Museum i København har nylig kjøpt en berømt og sjelden meteoritt fra Mars. (Foto: NASA)
Det finnes jo et svimlende antall stjerner med tilhørende planeter.
– Ja, man skal aldri si aldri. Men det er likevel veldig usannsynlig. Meteorittene vil bli fanget inn av den lokale stjernen eller planetene som går rundt den. Materialet inne i et solsystem pleier å bli der, sier Madsen.
– Vi kan også måle alderen på Mars-meteorittene, og den passer med alderen på solsystemet vårt. Vi finner ikke noen Mars-meteoritter som er eldre enn vårt eget solsystem.
Kort sagt finnes det en lang rekke av argumenter som samlet sett gjør forskerne veldig sikre på at Mars-meteoritter stammer fra Mars.
– På slutten av 1970-tallet var man i tvil. Det er man ikke lenger, oppsummerer Morten Bo Madsen.
Selv om forskerne føler seg overbeviste, forbeholder de seg retten til å ta feil.
– I naturvitenskapen må man aldri utelukke at man tar feil. Vi kan ikke vite om vi en dag plutselig får banebrytende, ny kunnskap som gjør at vi må si at disse meteorittene likevel ikke kommer fra Mars, sier Morten Bo Madsen.
Inntil videre kjenner forskerne imidlertid ikke til noen gode argumenter for at de mer enn 130 meteorittene som er karakterisert som Mars-meteoritter, skulle stamme fra noe annet sted.
Referanser:
Bogard DD mfl: «Martian gases in an antarctic meteorite?» , Science, 1983, doi: 10.1126/science. 221.4611.651. Sammendrag.
Stuart Robbins: «Probability Simulations of Mars and Earth Ejecta Exchange», ResearchGate, 2006 doi: 10. 1.1.529.3198. Sammendrag.
H.J. Melosh: «Impact ejection, spallation, and the origin of meteorites», Icarus, 1984, doi: 10.1016/0019-1035 (84) 90026–5. Sammendrag.
H. J. Melosh: «Ejection of rock fragments from planetary bodies», Geology, 1985, doi: 10.1130/0091-7613. Sammendrag.
