Denne sten er med til at omskrive Mars’ historie
En meteorit, som ligger i København, sætter rekord som det ældste materiale fra Mars og Jorden. Nye analyser af meteoritten tyder på, at Mars havde betingelser for hav – og måske for liv – længe før Jorden.

Denne video fortæller dig alt, hvad du skal vide om den utrolige Mars-sten 'Black Beauty'. (Video: Lise Brix / Kristian Højgaard Nielsen, Videnskab.dk)

I en lukket plasticpose på et kontor på Geologisk Museum i København ligger en lille, grålig sten.

For et utrænet øje ligner den enhver anden sten. Men i en fjern fortid sad stenen fast på overfladen af planeten Mars, og ifølge forskere gemmer den lille grå Mars-meteorit på uvurderlige informationer om vores solsystems tidligste historie.

En ny undersøgelse af meteoritten tyder på, at Mars’ overflade blev dannet langt hurtigere, end man tidligere har antaget, og dermed kan meteoritten være med til at omskrive historien om vores solsystem, fortæller professor Martin Bizzarro fra Københavns Universitet.

»Vores undersøgelse viser, at Mars’ skorpe blev dannet ekstremt hurtigt. Det betyder, at der meget tidligt i Solsystemets historie kan have været oceaner og potentielt set også liv på Mars,« siger Martin Bizzarro, som er leder af Center for Star and Planet Formation (Starplan) ved Geologisk Museum under Københavns Universitet. 

Han er hovedforfatter på et nyt studie om Mars-meteoritten, som er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Hårdføre krystaller

Zirkonkrystaller er meget hårde – og dermed hårdføre – krystaller af mineralet zirkon.

Zirkonkrystaller kan modstå høje tryk og temperaturer, og de er også modstandsdygtige over for forvitring og erosion.

Takket være denne hårdførhed kan man finde ekstremt gamle zirkonkrystaller – krystallerne er det ældste materiale, man har fundet på Jorden og på Mars.

Kilde: Martin Bizzarro / Rasmus Andreasen

Sætter rekord

I det nye studie viser forskerne, at Mars-meteoritten indeholder bittesmå krystaller – zirkonkrystaller - som er omkring 4,476 milliarder år gamle.

Dermed slår krystallerne ikke alene rekorden som de ældste stumper af Mars, man hidtil har fundet; de er også omkring 100 millioner år ældre, end det ældste materiale, vi kender fra Jorden, påpeger Martin Bizzarro.

»Vi havde ikke forventet, at zirkonkrystallerne ville være så gamle, men resultatet er helt tydeligt,« siger han.

Geolog ved Aarhus Universitet Rasmus Andreasen understreger, at det er unikt, at de rekordgamle zirkonkrystaller i meteoritten er så velbevarede.

»Det er vildt at tænke på, at meteoritten er blevet skudt ud fra Mars, har rejst gennem rummet og er landet her på Jorden,« siger Rasmus Andreasen, som forsker i Mars-meteoritter, men ikke har været involveret i det nye studie. 

»Med sådan en historie bag sig er det fantastisk, at der ikke er sket noget med zirkonkrystallerne, men at de i dag stort set ser ud, som de gjorde, da de blev skabt for 4,5 milliarder år siden.«

black beauty meteorit martin bizzarr

En meteorit, som ejes af Københavns Universitet, har slået rekord som det hidtil ældste materiale, vi kender fra Mars. Ifølge professor Martin Bizzarro (billedet) er den også 100 millioner år ældre end det ældste materiale, vi har fundet fra Jorden. (Foto: Lise Brix)

Hurtig skorpe

Zirkonkrystallernes imponerende alder betyder, at forskerne kan få indblik i, hvordan forholdene var på Mars, da krystallerne blev skabt for 4,476 milliarder år siden.

På dette tidspunkt var vores solsystem fortsat helt ungt – man mener, at Solen blev skabt for omkring 4,6 milliarder år siden, og herefter begyndte planeterne med tiden at blive dannet.

Oprindeligt var planeterne i vores solsystem kogende varme og ubeboelige, men det nye studie tyder på, at det gik relativt stærkt med at få afkølet planeterne – i hvert fald Mars – og få dannet en hård skorpe.

»Vores studie viser, at Mars havde en skorpe allerede 20 millioner år efter, at Solen var blevet skabt. Det er ekstremt hurtigt. Nogle teorier har tidligere sagt, at det vil tage op til hundrede millioner år at afkøle planeter og få dannet en skorpe,« siger Martin Bizzarro.

»Det interessante er, at studiet kan tyde på, at Mars fik en skorpe, før Jorden fik en skorpe. Så potentielt set var betingelserne for liv til stede på Mars, før de var til stede på Jorden.«

Rekordgamle sten

Det ældste materiale, man har fundet på Jorden, er zirkonkrystaller fra Vestaustralien.

Et studie konkluderer, at en af zirkonkrystallerne fra Vestaustralien er 4,404 milliarder år gammel, men ifølge Martin Bizzarro er »den mest robuste alder« på zirkonkrystallerne 4.37 milliarder år.

Det ældste materiale, man har fundet fra Mars, er de cirka 4,476 milliarder år gamle zirkonkrystaller, som befinder sig i København og netop er blevet dateret i det nye studie.

Kilde: Martin Bizzarro/ Rasmus Andreasen

 

NEJ! De har ikke fundet liv

For at undgå misforståelser skal vi understrege, at forskerne IKKE har fundet spor efter Mars-mænd eller andet ikke-jordisk liv i den gamle meteorit.

De finder blot beviser for, hvornår planeten kan have været så afkølet og stabil, at livet ville have mulighed for at opstå.

»Det betyder selvfølgelig ikke, at der var liv på Mars dengang. Men det betyder, at vi får rykket tidshorisonten for, hvor hurtigt livet potentielt set kan være opstået i vores solsystem,« siger Rasmus Andreasen fra Institut for Geoscience på Aarhus Universitet.

En kendis-sten

Allerede inden det nye studie kom på banen, var Mars-meteoritten i København lidt af en kendis-sten.

Blandt geologer er den kendt under kælenavnet ’Black Beauty’ (eller det mere videnskabelige navn NWA 7034/7533), og den har været hovedperson i flere udenlandske studier.

’Black Beauty’ blev formentlig revet løs fra Mars’ overflade ved et meteornedslag – eller en anden voldsom begivenhed - for flere millioner år siden. Efter at være blevet smidt ud fra sin hjemplanet, rejste stenen alene gennem det tomme rum, indtil den til sidst blev fanget af Jordens tyngdekraft og dumpede ned på vores planet.

Meteoritten blev fundet i Marokkos ørken i 2011, og i 2017 købte Martin Bizzarro 44 gram af ’Black Beauty’ – det kan du læse mere om i artiklen Danske forskere køber berømt og kostbar meteorit fra Mars.

På dette tidspunkt havde udenlandske forskere allerede haft fingrene i nogle af de oldgamle zirkonkrystaller, som sidder indkapslet i ’Black Beauty’.

Forskerne har med møje og besvær fået isoleret 7 bittesmå zirkonkrystaller fra meteoritten. De er kun på størrelse med en tredjedel af bredden på et hår. Krystallerne er cirka 4,476-4,429 milliarder år gamle, konkluderer studiet. (Foto: Martin Bizzarro)

Forskerne har med møje og besvær fået isoleret 7 bittesmå zirkonkrystaller fra meteoritten. De er kun på størrelse med en tredjedel af bredden på et hår. Krystallerne er cirka 4,476 – 4,429 milliarder år gamle, konkluderer studiet. (Foto: Martin Bizzarro)

Mere præcis datering

I et studie fra 2013 satte en udenlandsk forskningsgruppe alderen på krystallerne fra ’Black Beauty’ til at være omkring 4,428 milliarder år.

Martin Bizzarro og hans kolleger fra Københavns Universitet finder altså en alder på zirkonkrystallerne, som er op til cirka 50 millioner år ældre, end hvad den udenlandske forskergruppe nåede frem til.

»Vi har brugt en metode, som er mange gange mere præcis, end hvad der tidligere er blevet brugt, så vi er ret sikre på, at vi har den rigtige alder,« siger Martin Bizzarro.

Førsteforfatteren på 2013-studiet, der finder en yngre alder på zirkonkrystallerne, er da også enig i, at de danske forskere har brugt en »mere præcis« dateringsmetode.

»Jeg er imponeret over de nye resultater,« siger professor i geokemi Munir Humayun fra Florida State University til Videnskab.dk.

»Det spændende er, at de finder 5 zirkonkrystaller, som er omkring 4,476 milliarder år gamle – eller cirka 50 millioner år ældre, end dem som er fundet i tidligere arbejde. Men de bekræfter også, at der er (andre) zirkonkrystaller til stede, som er omkring 4,43 milliarder år gamle.«

Mars-meteoritter

Man har fundet mere end 130 sten på Jorden, som er blevet karakteriseret som Mars-meteoritter.

Hvis du undrer dig over, hvordan i alverden man kan vide, at en meteorit stammer fra Mars, kan du få svaret i denne artikel.

Et pillearbejde

Zirkonkrystallerne sidder gemt i meteoritten mellem flere andre og yngre bjergarter fra Mars. ’Black Beauty’ er altså en blanding af en række forskellige typer bjergarter med forskellige aldre.

Forskerne har i det nye studie knust et lille stykke af meteoritten for at kunne få fat på de bittesmå zirkonkrystaller, som kun er omkring 0,0017 millimeter store – det svarer cirka til en tredjedel af bredden på et hår.

Herefter har forskerne brugt timevis med pincetter, mikroskoper og tandlægeagtige boremaskiner på at få isoleret og ’rengjort’ syv små zirkonkrystaller fra meteoritten.

Da zirkonkrystallerne var helt isolerede fra de øvrige bjergarter i meteoritten, lavede forskerne to forskellige analyser af krystallerne:

  • En uran-bly-analyse, som kan fortælle, hvor lang tid der er gået, siden zirkonkrystallerne blev skabt. Resultatet viser, at 4 af zirkonkrystallerne blev skabt for 4,476 milliarder år siden, mens 3 andre er lidt yngre (ned til 4,429 milliarder år gamle)
  • En 176lutetium-176hafnium-analyse, som kan vise, hvilken slags materiale zirkonkrystallerne blev dannet ud fra. Denne analyse tyder på, at zirkonkrystallerne blev dannet ved, at skorpemateriale på Mars blev omsmeltet og dannede krystallerne. Mars må altså nødvendigvis have haft en skorpe, allerede på det tidspunkt hvor krystallerne blev skabt, konkluderer forskerne.

Du kan læse mere om de to analysemetoder i boksen under artiklen.

Resultatet: Mars havde en skorpe for 4,547 milliarder år siden

Men samlet set tyder de to analyser altså på, at de ældste zirkonkrystaller i ’Black Beauty’ blev skabt ved en omsmeltning af bjergarter fra Mars oprindelige skorpe – og forskerne beregner ud fra zirkonkrystallernes sammensætning af lutetium og hafnium, at denne skorpe må være blevet skabt cirka 100 millioner år tidligere end dannelsen af selve zirkonkrystallerne.

Dermed havde Mars altså allerede en skorpe for cirka 4,547 milliarder år siden, lyder konklusionen.

På Aarhus Universitet mener Rasmus Andreasen, at resultaterne er meget spændende. Han påpeger, at aldersbestemmelsen af zirkonkrystallerne (uran-bly-analysen) er en meget sikker metode, mens konklusionerne omkring tidspunktet for dannelsen af Mars’ skorpe (lutetium-hafnium-analysen) er forbundet med »lidt mere usikkerhed.«

»De er afhængige af en teoretisk model for, hvordan sammensætningen af lutetium og hafnium var i det oprindelige materiale i Solsystemet. Vi kan ikke vide med sikkerhed, om værdierne i teoretiske modeller er rigtige, og det gør resultatet lidt mere usikkert,« siger Rasmus Andreasen.

Planetdannelse

To fremherskende teorier fortæller om, hvordan planeter bliver dannet:

  • ’Pebble accretion-modellen’ er en nyere model, som kort fortalt går ud på, at planeter dannes ved at en masse grus og småsten (pebbles) samler sig og med tiden bliver til planeter.

  • ’Planetesimal accretion-modellen’ går kort fortalt ud på, at planeter dannes ved, at større klippestykker på omkring 100-500 meter støder sammen, samler sig og med tiden bliver til planeter.

I det nye studie påpeger forskerne, at deres resultater understøtter ’pebble accretion-modellen’, blandt andet fordi dannelsen af planeter går hurtigere med denne model.

For nyligt stod flere af de samme danske forskere bag et nyt forskningsresultat, som også støtter samme model – læs mere her.

Kilde: Martin Bizzarro

Passer med andre studier

Han påpeger dog, at resultatet falder fint i tråd med nyere ideer om, hvordan planeter bliver dannet.

»Når planeter bliver dannet, består de af kæmpestore oceaner af magma (smeltet materiale),« siger Rasmus Andreasen. 

»For 10 år siden troede man, at det tog mere end 100 millioner år, før magmaoceanerne blev afkølet, og planeterne fik en skorpe. Men flere og flere studier tyder på, at det er gået rigtig hurtigt. Derfor passer det nye studie fint med resultaterne fra andre nyere studier,« siger han.

Professor Munir Humayun mener også, at lutetium-hafnium-analysen af Mars’ tidligere skorpe er »fascinerende.«

Og han påpeger, at studiet rejser et andet spændende spørgsmål om, hvad det var for en voldsom begivenhed, som førte til dannelsen af zirkonkrystallerne.

Man ved, at zirkonkrystaller generelt bliver dannet ved meget høje temperaturer. Mars havde ifølge studiet allerede fået en afkølet skorpe, da zirkonkrystallerne blev dannet for 4,476 milliarder år siden.

Så hvad var det, der skete, som fik (dele af) skorpen til at smelte igen og blive omdannet til zirkonkrystaller?

Et vildt nedslag

Det nye studie påpeger, at svaret »muligvis« kan være et nedslag fra rummet.

Professor Humayun tager spekulationen videre og påpeger, at dette nedslag måske endda kan have været det såkaldte Borealis-nedslag – et kæmpestort, fortidigt nedslag på Mars.

Ikke alle forskere er enige om, at Borealis-nedslaget rent faktisk har fundet sted, men teorien om det vilde nedslag er blevet fremsat som en forklaring på, hvorfor Mars overflade er flad på den ene side.

»Det påstås, at Borealis-nedslaget kan have skabt den flade nordlige halvkugle på Mars. Det ville have givet en ny overflade til hele planeten, og i så fald vil Borealis-nedslaget være det største nedslagskrater i hele Solsystemet,« skriver Munir Humayun i en email til Videnskab.dk og tilføjer:

»Nogle forskere har argumenteret for, at de ældste zirkonkrystaller, som er fundet i tidligere studier (af Black Beauty, red.) repræsenterer alderen på Borealis-nedslaget. Den alder har nu flyttet sig 50 millioner år eller mere tilbage i tiden.«

»Det bliver ikke kommenteret i studiet, men for fans af Borealis-nedslaget synes jeg det er værd at nævne, at det ældste bevarede nedslagskrater i Solsystemet har fået en ny og endnu ældre alder.«

Forskerne fra Københavns Universitet arbejder videre med ’Black Beauty’ og er i øjeblikket ved at analysere endnu flere zirkonkrystaller fra meteoritten. Så måske er det ikke sidste gang, at den lille grå sten fra rummet er med til at revidere vores opfattelse af Solsystemets historie.

Sådan har forskerne gjort

Forskerne har knust en smule af meteoritten og analyseret dens indhold ved hjælp af maskinen på billedet, som kan lave såkaldt massespektroskopi - en metode, som kan bestemme materialers atomare sammensætning. (Foto: Lise Brix)

Forskerne har knust en smule af meteoritten og analyseret dens indhold ved hjælp af maskinen på billedet, som kan lave såkaldt massespektroskopi - en metode, som kan bestemme materialers atomare sammensætning. (Foto: Lise Brix)

Forskerne har i det nye studie brugt to forskellige analysemetoder til at undersøge zirkonkrystallernes fortid.

  • En uran-bly-analyse, som kan fortælle, hvor lang tid der er gået siden zirkonkrystallerne blev skabt.
  • En 176lutetium-176hafnium-analyse, som kan vise, hvilken slags materiale zirkonkrystallerne blev dannet ud fra. 

Uran-bly-analysen går ud på, at forskerne undersøger, hvilke byggesten zirkonkrystallen er opbygget af – og mere specifikt, hvor mange af byggestenene der er henholdsvis uran og bly.

Uran er nemlig et radioaktivt grundstof, som med tiden ændrer sig – henfalder - og bliver til grundstoffet bly. Det betyder, at jo mere bly, der findes i zirkonkrystallen, des længere tid er der gået, siden krystallen blev skabt. 

»Når en zirkonkrystal bliver skabt, indeholder den meget uran i sin krystalstruktur (opbygning, red.), men stort set ingen bly. Men med tiden kommer der mere og mere bly, fordi uran henfalder til bly,« forklarer geolog Rasmus Andreasen fra Aarhus Universitet, som ikke har været involveret i studiet.

»Det betyder, at man kan bruge forholdet mellem mængden af uran og mængden af bly i en zirkonkrystal til datere krystallen meget præcist.« 

Kigger på zirkonkrystallernes byggesten

I den anden del af forskernes analyse – den såkaldte lutetium-hafnium-analyse - ser forskerne på zirkonkrystallernes indhold af følgende to byggesten: 

  • Lutetium, som er et grundstof, der typisk ligner et sølvskinnende metal. Lutetium findes i en udgave (isotop) kaldet 176lutetium, som er radioaktiv. 
  • Hafnium er et grundstof, som er blevet opdaget på Niels Bohr Institutet i København (hafnia er en latinsk betegnelse for København.) 176Lutetium vil over meget lang tid ændre sig (henfalde) og blive til en særlig udgave (isotop) af hafnium, kaldet 176hafnium. 

Et materiale såsom en zirkonkrystal vil kun ganske langsomt – over millioner af år - ændre sig ved, at indholdet af 176lutetium omdannes (henfalder) til 176hafnium, forklarer professor Martin Bizzarro. Men til gengæld opfører 176lutetium og 176hafnium sig meget forskelligt, når det udsættes for voldsomme begivenheder, som får deres omgivelser til at smelte, tilføjer han. 

»Hvis du har materiale fra en planet, som er ved at blive dannet, vil 176hafnium gerne opholde sig i den smeltende del af materialet. Men 176lutetium kan bedst lide at være i den del af materialet, som ikke er smeltet. Det betyder, at du får en dannet en lutetium-hafnium-signatur i materialet, som fortæller om materialets fortid,« forklarer Martin Bizzarro.

I det nye studie udnytter forskerne denne egenskab til at finde ud af, hvilken slags materiale zirkonkrystallerne blev skabt ud fra.   

»Lutetium-hafnium-signaturen viser os, at da zirkonkrystallerne blev skabt for 4,476 milliarder år siden, var Mars allerede en relativt udviklet planet, som havde fået en skorpe. Vi kan se, at zirkonkrystallerne må være blevet dannet af et ældre skorpemateriale,« forklarer Martin Bizzarro.

Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.



Det sker