Metan marsjański wprawia naukowców w zakłopotanie: zaskakujące odkrycie łazika Curiosity

Niedawny artykuł badawczy może pomóc wyjaśnić, dlaczego istnieje mobilne laboratorium chemiczne NASASonda Curiosity stale wykrywała ślady gazu w pobliżu powierzchni krateru Gale.

Najbardziej zaskakujące odkrycie łazika marsjańskiego Curiosity należącego do NASA – że metan wycieka z powierzchni krateru Gale – powoduje, że naukowcy drapią się po głowach.

Organizmy żywe wytwarzają większość metanu na Ziemi. Jednak naukowcy nie znaleźli żadnych przekonujących oznak współczesnego lub starożytnego życia MarsNie spodziewałem się więc, że znajdę tam metan. Jednak mobilne laboratorium chemiczne Curiosity, znane jako SAM, czyli Sample Analysis at Mars, stale wyczuwa ślady gazu w pobliżu powierzchni krateru Gale, jedynego miejsca na Marsie, w którym jak dotąd wykryto metan. Naukowcy zakładają, że jego możliwym źródłem są mechanizmy geologiczne obejmujące wodę i skały znajdujące się głęboko w Ziemi.

Wypełniona słonymi jeziorami w regionie Altiplano w Ameryce Południowej solanka Quisquiro reprezentuje typ krajobrazu, który zdaniem naukowców mógł istnieć w kraterze Gale na Marsie, który bada należący do NASA łazik Curiosity. Źródło: Maxim Bocharov

Gdyby to była cała historia, wszystko byłoby proste. Jednak SAM odkrył, że metan zachowuje się w nieoczekiwany sposób w kraterze Gale. Pojawia się w nocy i znika w ciągu dnia. Zmienia się sezonowo, czasami osiągając poziom 40 razy wyższy niż normalnie. Co zaskakujące, metan również nie gromadzi się w atmosferze: Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Europejska Agencja KosmicznaSonda ExoMars Trace Gas Orbiter, która została wysłana na Marsa specjalnie w celu zbadania gazu w atmosferze, nie wykryła metanu.

Dlaczego niektóre instrumenty naukowe wykrywają metan na Czerwonej Planecie, a inne nie?

„To historia z wieloma zwrotami akcji” – powiedział Ashwin Vasavada, naukowiec projektu Curiosity w Jet Propulsion Laboratory NASA w południowej Kalifornii, który kieruje misją Curiosity.

Metan zajmuje naukowców zajmujących się Marsem pracą laboratoryjną i projektami modelowania komputerowego, których celem jest wyjaśnienie, dlaczego gaz zachowuje się dziwnie i jest wykrywany tylko w kraterze Gale. Grupa badawcza NASA podzieliła się niedawno interesującą propozycją.

To próbka wyimaginowanego marsjańskiego regolitu, czyli „ziemi” utworzonej z pokruszonych skał i pyłu. Jest to jedna z pięciu próbek, do których naukowcy wstrzyknęli sól zwaną nadchloranem o różnym stężeniu, która jest szeroko rozpowszechniona na Marsie. Każdą próbkę wystawili na działanie warunków podobnych do marsjańskich w komorze symulacyjnej Marsa w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland. Kruche masy w powyższej próbce pokazują, że w tej próbce nie utworzyła się warstwa soli, ponieważ stężenie soli było zbyt niskie. Źródło zdjęcia: NASA/Aleksander Pavlov

Doniesienie w marcowym wydaniu pt Journal of Geophysical Research: PlanetyGrupa zasugerowała, że ​​metan – niezależnie od sposobu jego wytwarzania – może zostać uwięziony pod stwardniałą solą, która może tworzyć się w marsjańskim regolicie, „glebie” złożonej z pokruszonych skał i pyłu. Gdy temperatura wzrasta w cieplejszych porach roku lub w ciągu dnia, osłabiając uszczelnienie, może wyciekać metan.

Naukowcy pod kierunkiem Aleksandra Pawłowa, planetologa z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland należącego do NASA, zwracają uwagę, że gaz może również eksplodować w strumieniach, gdy uszczelki pękają pod ciśnieniem, powiedzmy, łazika wielkości małego SUV-a. przejeżdżanie po nim. . Pavlov powiedział, że hipoteza zespołu może pomóc wyjaśnić, dlaczego metan wykryto jedynie w kraterze Gale, biorąc pod uwagę, że jest to jedno z dwóch miejsc na Marsie, po których robot wędruje i drąży powierzchnię. (Drugim jest Krater Jezero, w którym działa należący do NASA łazik Perseverance, chociaż nie jest on wyposażony w detektor metanu.)

To zdjęcie przedstawia kolejną próbkę pozorowanej marsjańskiej „ziemi” po jej usunięciu z komory symulacyjnej Marsa. Powierzchnia jest uszczelniona twardą skorupą soli. Aleksander Pawłow i jego zespół odkryli, że foka tworzy się, gdy próbka przebywa od trzech do 13 dni w warunkach podobnych do marsjańskich i tylko wtedy, gdy stężenie soli nadchloranowej wynosi od 5% do 10%. Kolor jest jaśniejszy w środku w miejscu zarysowania próbki metalowym narzędziem. Jaśniejszy kolor wskazuje na obecność bardziej suchej gleby pod wierzchnią warstwą, która po wyjęciu próbki z komory symulacyjnej wchłonęła wilgoć z powietrza i zmieniła kolor na brązowy. Źródło zdjęcia: NASA/Aleksander Pavlov

Pavlov wywodzi tę hipotezę z niepowiązanego eksperymentu, który przeprowadził w 2017 roku, który obejmował hodowanie mikroorganizmów w marsjańskiej wiecznej zmarzlinie (zamarzniętej glebie) zmieszanej z solą, podobnie jak marsjańska wieczna zmarzlina.

Pavlov i jego współpracownicy sprawdzili, czy bakterie zwane halofilami, które żyją w słonych jeziorach i innych środowiskach bogatych w sól na Ziemi, mogą rozwijać się w podobnych warunkach na Marsie.

Wyniki rozwoju drobnoustrojów okazały się niejednoznaczne, powiedział, ale badacze zauważyli coś nieoczekiwanego: górna warstwa gleby utworzyła skorupę solną, gdy słony lód uniósł się, przechodząc ze stanu stałego w gaz i pozostawiając sól.

Trwały lód na Marsie i Ziemi

„W tej chwili niewiele o tym myśleliśmy” – powiedział Pawłow, ale pamięta skorupę glebową w 2019 r., kiedy Przestrajalny spektrometr laserowy SAM wykrył eksplozję metanu Nikt nie może wyjaśnić.

„Wtedy przyszedł mi do głowy pomysł” – powiedział Pawłow. Wtedy on i jego zespół zaczęli testować warunki, w jakich mogą tworzyć się i pękać twarde foki solne.

Ciekawość miała odpowiedzieć na pytanie: czy Mars miał odpowiednie warunki środowiskowe do wspierania małych form życia zwanych mikrobami? Na początku swojej misji instrumenty naukowe Curiosity znalazły chemiczne i mineralogiczne dowody istnienia na Marsie środowisk nadających się do zamieszkania w przeszłości. Kontynuuje badanie skalistego zapisu z czasów, gdy Mars mógł być domem dla życia mikrobiologicznego. Źródło: NASA

Zespół Pavlova przetestował pięć próbek wiecznej zmarzliny zmieszanej z solą zwaną nadchloranem o różnym stężeniu, która jest szeroko rozpowszechniona na Marsie. (Obecnie w kraterze Gale prawdopodobnie nie występuje wieczna zmarzlina, ale foki mogły powstać dawno temu, gdy Gale był zimniejszy i bardziej lodowaty.) Naukowcy wystawili każdą próbkę na działanie różnych temperatur i ciśnień powietrza w komorze symulacji Marsa należącej do NASA Goddard.

Okresowo zespół Pawłowa wstrzykiwał neon, izotop metanu, pod próbkę gleby i mierzył ciśnienie gazu pod i nad nią. Wysokie ciśnienie poniżej próbki wskazuje, że uwięziony został gaz. Ostatecznie uszczelnienie utworzyło się w warunkach podobnych do marsjańskich w ciągu zaledwie trzech do 13 dni w próbkach zawierających nadchloran w stężeniu od 5% do 10%.

Jest to znacznie wyższe stężenie soli niż zmierzone przez Curiosity w kraterze Gale. Jednak tamtejszy regolit jest bogaty w inny rodzaj minerału solnego zwanego siarczanem, który zespół Pawłowa chce następnie przetestować, aby sprawdzić, czy mogą również tworzyć foki.

Łazik Curiosity dotarł do obszaru, który prawdopodobnie powstał w wyniku wysychania klimatu Marsa.

Kluczową rekomendacją jest poprawa naszej wiedzy na temat procesów wytwarzania i niszczenia metanu na Marsie Recenzja misji planetarnej NASA w 2022 rPraca teoretyczna, taka jak praca Pawłowa, jest kluczowa dla tych wysiłków. Naukowcy twierdzą jednak, że potrzebują również bardziej spójnych pomiarów metanu.

SAM wyczuwa zapach metanu tylko kilka razy w roku, ponieważ jest zajęty wykonywaniem swojej podstawowej pracy, czyli wiercenia próbek z powierzchni i analizowania ich składu chemicznego.

„Eksperymenty z metanem wymagają dużych zasobów, dlatego podejmując decyzję o ich przeprowadzeniu, musimy podejść bardzo strategicznie” – powiedział główny badacz SAM, Charles Malespin z Uniwersytetu Goddard.

Naukowcy twierdzą jednak, że zbadanie na przykład częstotliwości wzrostu poziomu metanu będzie wymagało nowej generacji instrumentów powierzchniowych, które w sposób ciągły mierzą poziom metanu w wielu miejscach na Marsie.

„Część prac nad metanem należy pozostawić przyszłym statkom kosmicznym na powierzchni, które będą bardziej skoncentrowane na odpowiadaniu na te konkretne pytania” – powiedział Vasavada.

Odniesienie: „Powstanie i stabilność słonych fok glebowych w warunkach podobnych do marsjańskich”. Implikacje wahań metanu na Marsie. Autor: Alexander A. Pavlov, James Johnson, Raul Garcia Sanchez, Ariel Segelnytsky, Chris Johnson, Jeffrey Davis, Scott Gosiewicz i Prabhakar. Misra, 09 marca 2024, Journal of Geophysical Research: Planety.
doi: 10.1029/2023JE007841

Ciekawość jest budowana przez Laboratorium Napędów Odrzutowych, zarządzanym przez California Institute of Technology w Pasadenie w Kalifornii. JPL kieruje misją w imieniu Dyrekcji Misji Naukowych NASA w Waszyngtonie.