Gruppeleder: Per Nørnberg, Haraldur Pall Gunnlaugsson

Baggrund

Mars bliver også kaldt for "den røde planet" grundet dens farve på nattehimmelen. Farven skyldes, at planetens overflade er dækket af et lag støv (meget fint materiale, 2-3 μm) bestående af jernoxider. Mars' røde farve er undersøgt fra Jorden (vha. reflektionsspektroskopi ) og ved optiske undersøgelser ombord på både Viking-missionerne 1976 og Pathfinder-missionen i 1997, hvor følgende billede er taget.

Mars-landskab (NASA)

Her på Jorden har man kendskab til flere røde eller okkerfarvede jernoxider (hæmatit, maghemit, ferrihydrit, goethit, lepidocrocit). Fælles for de røde og gullige jernoxider er, at farven stammer fra jern i oxidationstrin +III. Tilstedeværelsen af jernoxider på overfladen af Mars er ingen overraskelse, da jern (Fe) er det tredje mest almindelige grundstof på planeten (efter ilt (O) og silicium (Si)).

På den anden side ved man fra studier af meteoritter fra Mars og reflektionsspektroskopi af dens klipper, at Mars næsten udelukkende indeholder jern i oxidations trin +II. Dette betyder, at der må være foregået en oxidationsproces af jern fra +II til +III under dannelsen af støvet. Spørgsmålet er: Hvordan er dette foregået?

Mikroskop billede af Mars meteoritten ALH84 (NASA)

Som udgangspunkt kan det være foregået på en af følgende måder: (Uden vand) Oxidering af primær klipperne er forårsaget af den stærke UV-stråling på Mars' overflade. (Med vand) Opløsning og efterfølgende oxidering af primær klipperne er sket i en våd og oxiderende atmosfære. Her kunne bakterier have spillet en rolle i processen.

Mineralerne på Mars' overflade indeholder information om, hvilken af de to processer der ligger til grund for jernets oxidering, og dermed information om hvordan forholdene på Mars' overflade har været i tidligere tider. Det er derfor missionerne til Mars undersøger jernoxiderne så detaljeret som mulig.

Salten Skov Mars-analog

Da vi ikke har hentet materiale fra Mars endnu, må vi her på Jorden bruge Mars-analog materiale til at lave de eksperimenter og tests, der er nødvendige for Mars missionerne. Mars-analoger er sand og støv med egenskaber der ligger så tæt som muligt på det, vi ved om sand og støv på Mars. Sådanne Mars-analoger er tilgængelige som naturlige materialer bl.a. her i Danmark.

Eksperimentielle faciliteter

Mars-tank og vindtunnel

Mars-analoger bliver brugt i forbindelse med videnskabelige undersøgelser af overfladeforholdene på Mars (magneter, opladning, hvordan de klæber til hinanden, aerodynamik, Mössbauer spektroskopi og alfa-partikel-røntgen-spektroskopi (APXS)). Disse undersøgelser bliver fortrinsvis udført i Mars vindtunnelen, selvom det også er nødvendigt at bruge andre instrumenter for at bestemme egenskaberne af de valgte Mars-analoger. Dette kunne eksempelvis være: Størrelsen af støvkorn bestemt vha. laserdiffraktion. Den mineralogiske sammensætning bestemt vha. røntgendiffraktion (XRD) og Mössbauer spektroskopi (MS). Morfologi og kemisk sammensætning bestemt ved at bruge scanning og transmissions- elektronmikroskop. Endelig bruges røntgenfluorescens (XRF) til bestemmelse af den kemiske sammenstæning af Mars-analogerne.

Mars-analoger

Salten Mars-analog

I midtjylland kan man forskellige steder finde rød jord, der består af rene jernoxider. Dette jord består mineralogisk af goethit (umagnetisk), hæmatit (svagt magnetisk) og maghemit (stærkt magnetisk). Ydermere er dette jords reflektionsspektre i nær IR området sammenlignelig med overflade materialet på Mars.

Magnet-array. Identisk med de magneter der var på Pathfinder-missionen

Der eksisterer ingen pålidelig videnskabelig forklaring på, hvorfor disse jorde fra Midtjylland indeholder hæmatit og maghemit, der normalt kun dannes i (sub)troperne. De magnetiske mineraler gør, at jorden er anvendelig som Mars-analog. Under forsøg i vindtunnelen har en af disse jordprøver (Salten skov) vist, at den bliver indfanget af magneter på samme måde som magneterne på Pathfinder-missionen indfangede støv på Mars.

Disse jordprøver fra midtjylland har sammen med kunstigt fremstillede mineraler, så som hæmatit og maghemit, været brugt til forsøg i vindtunnelen. Forsøgene har blandt andet set på magnetindfangning, hvordan der dannes aggregater og opladning af støvet.

Jernoxider

Magnetit Fe₃O₄ [ Fe^III (Fe^II , Fe^III) O₄ ]

Magnetit er et kraftig magnetisk jernoxid, der til forskel fra de fleste andre jernoxider både indeholder divalent (+II) og trivalent (+III) jern. Magnetit findes oftest i strandsand som små sorte magnetiske korn.

Maghemit g - Fe₂O₃

Maghemit er også stærkt magnetisk og har samme struktur som magnetit. Forskellen er, at Maghemit næsten udelukkende består af trivalent (+III) jern. Maghemit kan findes, hvor der har været kraftig opvarmning; eksempelvis (skov)brand. Maghemit har en kraftig rødbrun farve.

Hæmatit a - Fe₂O₃

Hæmatit er kun lidt magnetisk. Små hematit korn er nærmest blodrøde. Større sten af hæmatit er også kendt under navnet blodsten, der er næsten helt sort, og som bruges i smykker. Hæmatit bruges også som farve. Det er eksempelvis den farve svenskerne maler deres huse med (svensk-rød).

Goethit a - FeOOH

Goethit er næsten umagnetisk. Farven er gul til gulorange og bruges også som farve pigment. Goethit er det hyppigst forekommende jernmineral i Danmark.

Titanomagnetit Fe₂TiO₄ [ Fe^II (Fe^II , Ti^IV) O₄ ]

Titanomagnetit adskiller sig fra magnetit ved ikke at være stærkt magnetisk. Det ligner dog magnetit, og 'overgangs' mineraler mellem de to er meget almindelige. Disse blandingsmineraler indgår højst sandsynlig i de vulkanske materialer på Mars.