Hvordan ved man, at en sten stammer fra Mars?
Meteoritter fra Mars har givet os masser af vigtig viden om den røde planet. Men hvordan i alverden kan forskerne vide, at en lille sten, som bliver fundet på Jorden, stammer fra Mars?
marsmeteorit NWA 6963 mars meteorit meteoritsten

Denne sten blev fundet i Marokko i 2011. Ifølge forskerne stammer den oprindeligt fra Mars. Men hvordan i alverden kan de vide det? (Foto: Steve Jurvetson)

Læser du trofast med på Videnskab.dk, har du sikkert læst om meteoritter fra Mars.

For eksempel har forskere fra Statens Naturhistoriske Museum i København netop købt en kostbar og berømt Marsmeteorit, som går under navnet ’Black Beauty’.

En anden meteorit - en lille sten på 200 gram, som er blevet fundet i Algeriet – har for nyligt været omdrejningspunkt for et stort studie, som afslører, at en vulkan på Mars har været aktiv i rekordlang tid. Hele to milliarder år i træk.

Meteoritter

En meteorit eller meteorsten er en sten- eller metalklump fra rummet, der er ramlet ned på Jorden.

Man har fundet meteoritter fra Mars, fra Månen og fra asteroider (større klippestykker i rummet).

En meteorit bliver typisk skabt, når der sker et voldsomt nedslag på dens oprindelige hjemsted – for eksempel et meteornedslag på Mars.

Ved meteornedslaget kan et klippestykke blive revet løs fra Mars' overflade. Hvis det opnår en høj nok fart, kan klippestykket undslippe Mars tyngdekraft og ryge ud i det frie rum.

Når klippestykket passerer Jorden kan det blive indfanget af Jordens tyngdekraft. Og hvis det overlever turen ned gennem Jordens atmosfære, kan man finde det som en meteorit på Jordens overflade.

Kilder: Morten Bo Madsen, Martin Bizzarro, Rasmus Andreasen

De mange marsmeteoritter har fået Videnskab.dk’s læser Erik Nørgaard til at spekulere over, hvordan i alverden forskerne kan vide, at små sten, som bliver fundet på planeten Jorden, oprindeligt stammer fra Mars.

»Hvordan kan man konstatere, at en sten eller meteorit lige præcis stammer fra Mars, når man ikke har været deroppe og undersøge sten og klipper og derfor ikke har nogen referencer?« skriver Erik Nørgaard i en e-mail til Spørg Videnskaben.

­»Kan de ofte omtalte sten og meteoritter fra Mars ikke lige så godt komme fra Jorden? Eller fra en anden planet eller et helt tredje sted?« 

Vi er vilde med læsere som Erik Nørgaard, der ikke blot tager det for gode varer, når forskere påstår, at små klippestykker kommer fra Mars. Vi kaster os derfor straks ud i jagten på beviser for – eller imod – at de mere end 130 sten, som er karakteriseret som Marsmeteoritter, vitterligt stammer fra Mars.

Ingen souvenirs fra Mars

Lad os begynde med at fastslå, at læseren Erik Nørgaard har helt ret i, at mennesket aldrig har sat sine ben på Mars. Der er heller ingen rumfartøjer, som har sendt sten, klippestykker eller andre prøver fra Mars ned til Jorden.

Til gengæld har en række rumfartøjer besøgt Mars og taget prøver deroppe. På Jorden kan vi få besked om resultatet af prøverne, fordi rumfartøjerne kan kommunikere med Jorden via radiosignaler.

Særligt to rumsonder kaldet Viking 1 og Viking 2 har spillet en afgørende rolle for marsmeteoritterne, forklarer professor og meteoritforsker Martin Bizzarro.

»Viking-rumsonderne besøgte Mars i 1970’erne og lavede en række målinger af Mars’ atmosfære. Det gav os vigtig viden om, hvordan Mars’ atmosfære er sammensat,« forklarer Martin Bizzarro, som er professor og leder af Danmarks Grundforskningsfonds Center for Star and Planet Formation ved Statens Naturhistoriske Museum under Københavns Universitet.

Luftbobler gemt i meteoritter

Denne viden om Mars’ atmosfære kunne udnyttes af meteoritforskere. De havde nemlig fundet nogle bittesmå 'luftbobler' inden i meteoritterne, og det skulle vise sig, at disse 'luftbobler' indeholdt en lille smule af atmosfæren på Mars.

Luftboblerne er nemlig indkapslet i glas, som fuldstændig omslutter dem, sådan at de generelt ikke er blevet forurenet med eksempelvis luft fra Jordens atmosfære, forklarer marsforsker Morten Bo Madsen.

»Når der sker et meteornedslag på Mars, kan et klippestykke blive slynget ud i rummet og blive til en meteorit, som i sidste ende ramler ned på Jorden. Under et meteornedslag på Mars opstår der meget høje temperaturer, og derfor kan klippestykket smelte, så der bliver dannet glas.«

»Når glasset størkner, kan der i glasmaterialet blive indfanget små bobler fra atmosfæren. På den måde kan glasset i sten, som bliver til meteoritter, komme til at indeholde bobler med en lille smule af Mars' atmosfære,« forklarer Morten Bo Madsen, som er lektor i astrofysik og planetforskning ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.  

Mars iltisotop meteorit marsmeteorit

I flere år har robotbilen Curiosity kørt rundt på Mars og sendt billeder (såsom dette fra foden af Marsbjerget Mount Sharp) hjem til Jorden. Robotbilen laver også målinger og ifølge Scientific American har data fra Curiosity blandt andet vist et stærkt match med analyser af en berømt meteorit (Allan Hills 84001). (Foto: NASA)

Kan de slippe fra Mars’ tyngdekraft?

Det var forskere fra det amerikanske rumfartsagentur NASA, som i 1983 første gang konstaterede, at en meteorit fundet på Antarktis indeholdt luftbobler med ædelgasser, som efter alt at dømme ikke kom fra Jordens atmosfære.

Til gengæld påpegede forskerne, at sammensætningen af ædelgasser i meteorittens 'luftbobler' passede rigtig godt sammen med det, som Viking-rumsonderne havde målt i Mars' atmosfære nogle år forinden.   

Forskerne blev derfor mere og mere overbeviste om, at den gruppe af meteoritter, som Antarktis-meteoritten tilhørte, måtte stamme fra Mars.

I begyndelsen var nogle forskere imidlertid stadig skeptiske over for påstanden om, at meteoritterne kom fra den røde planet. De mente blandt andet ikke, at klippestykker, som blev slynget væk fra Mars, ville kunne opnå en høj nok hastighed til at undslippe Mars tyngdekraft – og dermed påbegynde flyveturen ned mod Jorden.

»For at kunne slippe fri af tyngdekraften på Mars, skal en meteorit opnå en hastighed på 5,03 km i sekundet. Til at begynde med troede folk ikke, det kunne lade sig gøre, og det blev brugt som et argument imod, at meteoritterne kom fra Mars,« fortæller Morten Bo Madsen og fortsætter:

»En af de skeptiske forskergrupper satte sig for at lave beregninger, som skulle bevise, at det ikke kunne lade sig gøre, at de kom fra Mars. Men de fandt i stedet ud af, at det godt kunne lade sig gøre,« siger han og henviser blandt andet til dette studie, hvis man vil læse om udregningerne.

Ikke længere brug for luftbobler

I dag behøver forskerne ikke længere lave besværlige målinger af gasbobler inden i meteoritterne for at afgøre, hvorvidt et klippestykke kommer fra Mars.

Mars iltisotop meteorit marsmeteorit

Mars er nabo-planet til Jorden. Mars overflade minder også om Jordens med bjerge, sletter, is ved polerne og blæsevejr. (Foto: NASA)

I stedet kan de blot lave simplere målinger af, hvilke stoffer der generelt er tilstede i meteoritterne, forklarer Rasmus Andreasen, som forsker i meteoritter ved Aarhus Universitet.

»I første omgang var man nødt til at bruge målinger af gasboblerne og sammenligne dem med Viking-rumsondernes målinger for at fastslå, at Marsmeteoritterne virkelig kom fra Mars. Men da man først havde gjort det, havde man en reference, som man kunne sammenligne andre nyfundne meteoritter med, når man ville bestemme, om de kom fra Mars.«

»Det kan man gøre, fordi Marsmeteoritterne er en særlig gruppe af meteoritter, som på flere måder adskiller sig fra alle andre meteoritter og også adskiller sig fra sten, som stammer fra jorden,« forklarer Rasmus Andreasen fra Institut for Geoscience på Aarhus Universitet. 

Ilt afslører oprindelsessted

Når forskerne i dag skal undersøge, om en nyfunden meteorit kommer fra Mars, måler de blandt andet på indholdet af ilt. Ilt findes i tre forskellige udgaver – også kaldet isotoper – som har forskellig vægt (Ilt 16, ilt 17 og ilt 18).

Mars iltisotop meteorit marsmeteorit

Måler man indholdet af iltisotoper i meteoritter, kan man afsløre, om meteoritterne kommer fra Mars. Illustrationen viser forholdet mellem to ilt-isotoper (Ilt 17 og ilt 18) i prøver fra Mars (røde prikker) samt prøver fra Jorden og Månen (blå prikker). (Illustration: Pahlevan & Stephenson, EPSL 2007)

Hvis man måler koncentrationen af de tre forskellige ilt-isotoper i en meteorit, vil man altid få et særligt resultat, hvis meteoritten kommer fra Mars, forklarer Rasmus Andreasen.

»Forholdet mellem de tre ilt-isotoper er ligesom et fingeraftryk - hver eneste planet og asteroide har sit eget iltisotop-fingeraftryk,« forklarer Rasmus Andreasen og fortsætter:

»Så hvis man måler forholdet mellem de tre iltisotoper i en sten og plotter resultatet ind i et koordinatsystem, vil man få en bestemt hældning og skæring på linjen, hvis stenen er fra Jorden. Hvis stenen er fra Mars, har linjen en anden skæring, fordi iltisotop-forholdene er forskellige på Jorden og på Mars og ikke har ændret sig, siden planeterne blev dannet.«

Du kan se en illustration af dette på figuren til højre.

Kan de komme fra andre planeter?

Læseren Erik Nørgaard spørger også, om ikke marsmeteoritterne lige så godt kan stamme fra en anden planet end Mars – eller et helt tredje sted i rummet.

Man har faktisk fundet masser af meteoritter på Jorden, som oprindeligt har siddet fast på Månen eller på forskellige asteroider (større klippestykker i rummet). 

Afsløringen af Mars-meteoritters oprindelse

Fra sidst i 1970'erne blev man klar over, at en gruppe af meteoritter lignede hinanden og rent geokemisk adskilte sig fra andre meteoritter. 

Dermed mente man, at denne gruppe af meteoritter måtte have samme oprindelsessted. Men hvor var dette oprindelsessted? 

Undersøgelser (petrografiske undersøgelser) af mikro-strukturer af krystaller i meteoritterne viste, at de var blevet krystalliseret i et større tyngdefelt.

Asteroider har ikke et større tyngdefelt, men det har planeter. Derfor kunne man udlede, at meteoritterne ikke kom fra en asteroide, men fra en planet. Men hvilken planet?

I 1983 lavede forskere målinger på gasbobler, som sad indkapslet i en af meteoritterne. 

Gasboblerne havde en sammensætning af ædelgasser, som svarede til sammensætningen i Mars' atmosfære (som var blevet kortlagt af Viking-rumsonderne få år forinden). Særligt forholdet mellem gassen argons isotoper (40 og 36) adskilte sig meget fra målinger fra Jorden.

Dermed konkluderede forskerne, at oprindelses-stedet for den særlige gruppe af meteoritter måtte være Mars. 

Siden da har man også målt på gasbobler i enkelte andre marsmeteoritter. Men i dag afslører man normalt, om en meteorit kommer fra Mars, ved at undersøge indholdet af ilt-isotoper - det er nemlig unikt for meteoritter fra Mars og fungerer dermed som et slags Mars-fingeraftryk.

Kilde: Morten Bo Madsen, Rasmus Andreasen 

Men hvor sikre kan forskerne være på, at marsmeteoritterne stammer fra Mars og ikke er fra en anden planet?

Deres viden bygger selvfølgelig på beviser for, at marsmeteoritterne indeholder gasbobler, som har samme sammensætning som Mars’ atmosfære – men hvad nu hvis andre planeter har samme slags atmosfære som Mars? Så kan Mars-meteoritterne vel ligeså godt stamme derfra – eller fra asteroider eller måner for den sags skyld?

Teoretisk set ja, lyder svaret fra forskerne. Men af flere forskellige årsager er det kort fortalt meget usandsynligt, fortæller Morten Bo Madsen.

Derfor kommer de ikke fra asteroider

Morten Bo Madsen indleder med at forklare, hvorfor marsmeteoritterne ikke kan stamme fra asteroider.

»I princippet kunne man godt forestille sig, at marsmeteoritterne kom fra en asteroide. Men problemet med den teori er, at vi kan se på undersøgelser af marsmeteoritterne, at de er størknet i et område med et kraftigt tyngdefelt. Og så duer teorien om asteroider ikke længere. «

»Asteroiderne er simpelthen for små til at have et tilstrækkeligt kraftigt tyngdefelt, og derfor har vi heller aldrig set den samme effekt i meteoritter, som stammer fra asteroider,« forklarer Morten Bo Madsen.

Andre planeter i vores solsystem har imidlertid kraftige tyngdefelter ligesom Mars. Så måske kunne marsmeteoritterne stamme fra andre planeter?

Derfor er de ikke fra andre planeter

Martin Bizzarro forklarer, at hvis meteoritterne skulle stamme fra andre planeter end Mars, kan der kun være tale om to planeter: Venus eller Merkur.

»Det er kun Venus, Merkur, Mars og Jorden, som er klippeplaneter. De andre planeter i vores solsystem er gasplaneterne og isgiganter, så vi får ikke klippestykker fra de andre planeter i vores solsystem,« siger Martin Bizzarro og tilføjer:

»Men det er ret usandsynligt, at meteoritter fra Venus og Merkur ville ryge ned på Jorden. Venus og Merkur ligger længere inde mod Solen end Jorden, og de fleste ting bliver trukket ind mod Solen. Så hvis der røg et klippestykke ud fra Venus eller Merkur, ville det højst sandsynligt flyve væk fra Jorden.«

Han forklarer, at det er på grund af Solens enorme tyngdekraft, at vildfarne klippestykker generelt vil bevæge sig i retning ind mod Solen – altså centrum af vores solsystem.

Mens klippestykker fra Venus og Merkur ikke vil passere Jorden på denne gængse rute ind mod Solen, er der til gengæld stor sandsynlighed for, at klippestykker fra Mars passerer Jorden og bliver indfanget af jordklodens tyngdekraft.

»Man har lavet beregninger af det, og det viser sig, at en sten, som bliver slynget ud fra Mars, har cirka 20 procents sandsynlighed for at lande på Jorden. Det er en helt vildt høj sandsynlighed. Jeg blev selv overrasket, da jeg hørte det første gang,« fortæller Morten Bo Madsen. 

Derfor er de ikke fra måner

For at slå endnu en tyk streg under, at Marsmeteoritterne ikke stammer fra Venus eller Merkur, tilføjer Morten Bo Madsen, at Merkur ikke har nogen atmosfære, og atmosfæren på Venus har et højt indhold af svovlsyre. Hverken Merkur eller Venus har altså en atmosfære, som svarer til sammensætningen af 'luftboblerne' inden i marsmeteoritterne.

En skeptisk læser som Erik Nørgaard vil måske indvende, at der også findes andre klippefyldte himmellegemer i vores solsystem, som har en atmosfære. Det gælder flere af de store måner, som svæver rundt om gasplaneterne længere ude i vores solsystem. Kan Marsmeteoritterne mon stamme derfra?

»Man har studeret månerne ret indgående, og ingen af dem ser ud til at have en atmosfære, som ligner Mars’ atmosfære. Kun få af månerne har overhovedet en atmosfære.«

black beauty marsmeteorit mars

Forskere fra Statens Naturhistoriske Museum i København har for nyligt købt en berømt og sjælden meteorit fra Mars. Læs mere her. (Foto: NASA)

»Samtidig må man også sige, at sandsynligheden for, at en sten, som slynges ud fra en af månerne, vil lande på Jorden er meget lille. Gasplaneterne ligger lige i nærheden, og de har en stor tyngdekraft. Derfor vil gasplaneterne med meget stor sandsynlighed indfange materiale, som sendes ud fra månerne,« siger Morten Bo Madsen.

Forsker: Vi er ikke længere i tvivl

En sidste mulighed kunne selvfølgelig være, at meteoritterne slet ikke stammede fra vores solsystem, men fra et helt andet solsystem.

Der findes et svimlende antal af stjerner med tilhørende planeter – så det er vel sandsynligt nok, at nogle af disse planeter har den samme atmosfæresammensætning som Mars og dermed kan være oprindelsessted for meteoritterne?

»Ja, man skal aldrig sige aldrig. Men det er alligevel meget usandsynligt, at en meteorit fra et andet solsystem, vil ryge ud af sit eget solsystem og ind i vores solsystem. Generelt vil tyngdekraften betyde, at meteoritterne vil blive indfanget af deres lokale stjerne eller af den lokale stjernes planeter. Derfor bliver materialet inden i det solsystem, hvor det kommer fra,« siger Morten Bo Madsen og tilføjer:

»Vi kan også måle på alderen på marsmeteoritterne, at den passer med alderen på vores solsystem. Vi finder ikke nogen marsmeteoritter, som er ældre end vores eget solsystem.«

Kort fortalt findes der en lang række af argumenter og beviser, som samlet set gør forskerne meget sikre på, at marsmeteoritter stammer fra Mars.

»I slutningen af 1970’erne var man i tvivl. Det er man ikke længere, og det har man sådan set ikke været i de seneste 20 år,« sammenfatter Morten Bo Madsen.

Shergotit, Nakhlit og Chassignit (SNC).

De fleste marsmeteoritter inddeles i tre grupper efter klippetype.

De tre grupper kaldes: Shergotit, Nakhlit og Chassignit (SNC).

Derfor bliver marsmeteoritter også nogle gange kaldt for SNC-meteoritter.

Opsamling: Her er beviserne

Hvis du alligevel har svært ved at finde hoved og hale i argumenterne, kommer her et overblik over nogle af de væsentlige beviser:

  • Gasbobler, som er lukket inde i marsmeteoritterne, har samme sammensætning som Mars’ atmosfære. Man kender ikke til andre himmellegemer i vores solsystem, som har en tilsvarende atmosfære-sammensætning.
  • Generelle målinger af isotoper – særligt ilt-isotoper – i Mars-meteoritterne peger på, at de alle har samme oprindelsessted (altså Mars).
  • Det er ikke særlig sandsynligt, at marsmeteoritterne er fløjet ned til Jorden fra andre planeter eller måner i vores solsystem. Tyngdekraften fra Solen og store gasplaneter vil kort fortalt trække de små klippestykker i den forkerte retning i forhold til Jorden.
  • Beregninger viser til gengæld, at der er cirka 20 procents sandsynlighed for, at et klippestykke, som skydes væk fra Mars, vil blive indfanget af Jordens tyngdekraft og ramle ned som en meteorit på Jorden.

Forsker: Vi kan godt tage fejl

Selvom forskerne føler sig fuldstændig overbeviste, forbeholder de sig alligevel ret til fejltagelser.

»I naturvidenskaben må man aldrig udelukke, at man tager fejl. Vi kan ikke vide, om vi en dag pludselig får en banebrydende, ny viden, som gør, at vi må ændre mening og sige, at marsmeteoritterne alligevel ikke kommer fra Mars,« siger Morten Bo Madsen.

Indtil videre kender forskerne imidlertid ikke til nogen hårdtslående beviser for, at de mere end 130 meteoritter, som er karakteriseret som marsmeteoritter, ikke skulle stamme fra Mars.

Med disse ord håber vi, at Erik Nørgaard føler sig klædt bedre på til at vurdere, om han stoler på forskerne, når de siger, at marsmeteoritter stammer på Mars.

Her på redaktionen føler vi os i hvert fald meget overbeviste af forskernes mange beviser og argumenter.

Vi siger tusind tak til de tre forskere – Morten Bo Madsen, Martin Bizzarro og Rasmus Andreasen – for deres gode forklaringer. Og der skal også lyde en stor tak til læseren Erik Nørgaard for hans gode spørgsmål.

Skulle du selv undre dig over noget, så tøv endelig ikke med at sende dit spørgsmål til Spørg Videnskaben på e-mail-adressen SV@videnskab.dk.

Du kan også købe én af vores tre bøger med en række af de bedste spørgsmål og svar: Hvorfor lugter mine egne prutter bedst?Hvad gør mest ondt – en fødsel eller et spark i skridtet?, og Hvorfor må man ikke sige neger?