Το μεθάνιο του Άρη μπερδεύει τους επιστήμονες: Η εκπληκτική ανακάλυψη του ρόβερ Curiosity

Μια πρόσφατη ερευνητική εργασία μπορεί να εξηγήσει γιατί υπάρχει ένα κινητό εργαστήριο χημείας NASAΤο διαστημόπλοιο Curiosity μύριζε συνεχώς ίχνη αερίου κοντά στην επιφάνεια του κρατήρα Gale.

Η πιο εκπληκτική ανακάλυψη από το Curiosity Mars Rover της NASA – ότι το μεθάνιο διαρρέει από την επιφάνεια του κρατήρα Gale – έκανε τους επιστήμονες να ξύνουν τα κεφάλια τους.

Οι ζωντανοί οργανισμοί παράγουν το μεγαλύτερο μέρος του μεθανίου στη Γη. Αλλά οι επιστήμονες δεν έχουν βρει πειστικά σημάδια τρέχουσας ή αρχαίας ζωής ΆρηςΟπότε δεν περίμενα να βρω μεθάνιο εκεί. Ωστόσο, το κινητό εργαστήριο χημείας του Curiosity, γνωστό ως SAM, ή Sample Analysis at Mars, μυρίζει συνεχώς ίχνη αερίου κοντά στην επιφάνεια του κρατήρα Gale, το μόνο μέρος στον Άρη όπου έχει ανιχνευθεί μεθάνιο μέχρι στιγμής. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι η πιθανή πηγή του είναι γεωλογικοί μηχανισμοί που περιλαμβάνουν νερό και πετρώματα βαθιά μέσα στη Γη.

Γεμάτη με λίμνες αλατιού στην περιοχή Altiplano της Νότιας Αμερικής, η άλμη Quisquiro αντιπροσωπεύει τον τύπο του τοπίου που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να υπήρχε στον κρατήρα Gale στον Άρη, τον οποίο εξερευνά το Curiosity Rover της NASA. Συντελεστής: Μαξίμ Μποχάροφ

Αν ήταν όλη αυτή η ιστορία, τα πράγματα θα ήταν εύκολα. Ωστόσο, η SAM ανακάλυψε ότι το μεθάνιο συμπεριφέρεται με απροσδόκητους τρόπους στον κρατήρα Gale. Εμφανίζεται τη νύχτα και εξαφανίζεται την ημέρα. Κυμαίνεται εποχιακά, μερικές φορές ανεβαίνει σε επίπεδα 40 φορές υψηλότερα από το κανονικό. Παραδόξως, το μεθάνιο επίσης δεν συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα: Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA). Ευρωπαϊκός Οργανισμός ΔιαστήματοςΤο ExoMars Trace Gas Orbiter, το οποίο στάλθηκε στον Άρη ειδικά για να μελετήσει το αέριο στην ατμόσφαιρα, δεν ανίχνευσε μεθάνιο.

Γιατί ορισμένα επιστημονικά όργανα ανιχνεύουν μεθάνιο στον Κόκκινο Πλανήτη ενώ άλλα όχι;

«Είναι μια ιστορία με πολλές ανατροπές στην πλοκή», είπε ο Ashwin Vasavada, επιστήμονας του προγράμματος Curiosity στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στη Νότια Καλιφόρνια, ο οποίος ηγείται της αποστολής Curiosity.

Το μεθάνιο κρατά τους επιστήμονες του Άρη απασχολημένους με εργαστηριακές εργασίες και έργα μοντελοποίησης υπολογιστών που στοχεύουν να εξηγήσουν γιατί το αέριο συμπεριφέρεται παράξενα και ανιχνεύεται μόνο στον κρατήρα Gale. Μια ερευνητική ομάδα της NASA μοιράστηκε πρόσφατα μια ενδιαφέρουσα πρόταση.

Πρόκειται για ένα δείγμα φανταστικού αρειανού ρεγολίθου, που είναι «χώμα» από θρυμματισμένους βράχους και σκόνη. Είναι ένα από τα πέντε δείγματα που οι επιστήμονες έχουν εγχύσει με διαφορετικές συγκεντρώσεις ενός άλατος που ονομάζεται υπερχλωρικό και είναι ευρέως διαδεδομένο στον Άρη. Εξέθεσαν κάθε δείγμα σε συνθήκες που μοιάζουν με τον Άρη σε έναν θάλαμο προσομοίωσης του Άρη στο Διαστημικό Κέντρο Πτήσεων Goddard της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ. Οι εύθραυστες μάζες στο παραπάνω δείγμα δείχνουν ότι δεν σχηματίστηκε σφράγιση άλατος σε αυτό το δείγμα επειδή η συγκέντρωση αλατιού ήταν πολύ χαμηλή. Πηγή εικόνας: NASA/Alexander Pavlov

Αναφορά στην εφημερίδα Μαρτίου για Journal of Geophysical Research: PlanetsΗ ομάδα πρότεινε ότι το μεθάνιο – ανεξάρτητα από τον τρόπο παραγωγής του – θα μπορούσε να παγιδευτεί κάτω από σκληρυμένο αλάτι που θα σχηματιζόταν στον αρειανό ρεγολίθο, ένα «χώμα» από θρυμματισμένα πετρώματα και σκόνη. Όταν οι θερμοκρασίες αυξάνονται κατά τις θερμότερες εποχές ή ώρες της ημέρας, αποδυναμώνοντας τη σφραγίδα, μπορεί να διαρρεύσει μεθάνιο.

Με επικεφαλής τον Alexander Pavlov, έναν πλανητικό επιστήμονα στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, οι ερευνητές επισημαίνουν ότι το αέριο θα μπορούσε επίσης να εκραγεί σε πίδακες όταν οι φώκιες σπάσουν κάτω από την πίεση, ας πούμε, ενός rover στο μέγεθος ενός μικρού SUV. οδηγώντας από πάνω του. . Ο Pavlov είπε ότι η υπόθεση της ομάδας μπορεί να εξηγήσει γιατί το μεθάνιο έχει ανιχνευθεί μόνο στον κρατήρα Gale, δεδομένου ότι είναι ένα από τα δύο μέρη στον Άρη όπου το ρομπότ περιφέρεται και τρυπάει την επιφάνεια. (Το άλλο είναι ο κρατήρας Jezero, όπου λειτουργεί το ρόβερ Perseverance της NASA, αν και αυτό το rover δεν έχει ανιχνευτή μεθανίου.)

Αυτή η εικόνα είναι ενός άλλου δείγματος του εικονικού αρειανού «χώματος» αφού αφαιρέθηκε από τον θάλαμο προσομοίωσης του Άρη. Η επιφάνεια σφραγίζεται με σκληρή κρούστα αλατιού. Ο Alexander Pavlov και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι η φώκια σχηματίζεται αφού το δείγμα έχει περάσει τρεις έως 13 ημέρες σε συνθήκες παρόμοιες με τον Άρη και μόνο εάν η συγκέντρωση υπερχλωρικού άλατος είναι μεταξύ 5% και 10%. Το χρώμα είναι πιο ανοιχτό στο κέντρο όπου το δείγμα έχει γρατσουνιστεί με μεταλλικό εργαλείο. Το πιο ανοιχτό χρώμα υποδηλώνει την παρουσία πιο ξηρού εδάφους κάτω από το ανώτερο στρώμα, το οποίο απορρόφησε την υγρασία από τον αέρα μόλις το δείγμα αφαιρέθηκε από τον θάλαμο προσομοίωσης και έγινε καφέ. Πηγή εικόνας: NASA/Alexander Pavlov

Ο Pavlov εντοπίζει την προέλευση αυτής της υπόθεσης σε ένα άσχετο πείραμα που οδήγησε το 2017, το οποίο περιελάμβανε την ανάπτυξη μικροοργανισμών στον μόνιμο πάγο του Άρη (παγωμένο χώμα) αναμεμειγμένο με αλάτι, όπως ο μόνιμος παγετός του Άρη.

Ο Pavlov και οι συνεργάτες του εξέτασαν εάν τα βακτήρια που είναι γνωστά ως αλόφιλα, τα οποία ζουν σε λίμνες αλμυρού νερού και άλλα περιβάλλοντα πλούσια σε αλάτι στη Γη, θα μπορούσαν να ευδοκιμήσουν σε παρόμοιες συνθήκες στον Άρη.

Τα αποτελέσματα της μικροβιακής ανάπτυξης αποδείχθηκαν ασαφή, είπε, αλλά οι ερευνητές παρατήρησαν κάτι απροσδόκητο: Το ανώτερο στρώμα του εδάφους σχημάτισε μια κρούστα αλατιού καθώς ο αλμυρός πάγος αυξήθηκε, μετατρεπόμενος από στερεό σε αέριο και αφήνοντας το αλάτι πίσω.

Μόνιμος πάγος στον Άρη και τη Γη

«Δεν το σκεφτήκαμε πολύ αυτή τη στιγμή», είπε ο Παβλόφ, αλλά θυμάται τον φλοιό του εδάφους το 2019, όταν Το συντονιζόμενο φασματόμετρο λέιζερ της SAM ανίχνευσε έκρηξη μεθανίου Κανείς δεν μπορεί να εξηγήσει.

«Τότε ήρθε η ιδέα στο μυαλό μου», είπε ο Pavlov. Τότε ήταν που ο ίδιος και η ομάδα του άρχισαν να δοκιμάζουν τις συνθήκες κάτω από τις οποίες μπορούσαν να σχηματιστούν και να σπάσουν σκληρές σφραγίδες αλάτων.

Το Curiosity ξεκίνησε να απαντήσει στο ερώτημα: Είχε ο Άρης τις κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες για να υποστηρίξει μικροσκοπικές μορφές ζωής που ονομάζονται μικρόβια; Στην αρχή της αποστολής του, τα επιστημονικά όργανα του Curiosity βρήκαν χημικά και ορυκτολογικά στοιχεία για κατοικήσιμα περιβάλλοντα του παρελθόντος στον Άρη. Συνεχίζει να εξερευνά το βραχώδες αρχείο από μια εποχή που ο Άρης θα μπορούσε να ήταν το σπίτι της μικροβιακής ζωής. Πίστωση: NASA

Η ομάδα του Pavlov εξέτασε πέντε δείγματα μόνιμου παγετού αναμεμειγμένα με διαφορετικές συγκεντρώσεις ενός άλατος που ονομάζεται υπερχλωρικό, το οποίο είναι ευρέως διαδεδομένο στον Άρη. (Πιθανότατα δεν υπάρχει μόνιμος παγετός στον Κρατήρα Γκέιλ σήμερα, αλλά οι φώκιες θα μπορούσαν να είχαν σχηματιστεί πριν από πολύ καιρό όταν ο Γκέιλ ήταν πιο κρύος και πιο παγωμένος.) Οι επιστήμονες εξέθεσαν κάθε δείγμα σε διαφορετικές θερμοκρασίες και πιέσεις αέρα μέσα στον Θάλαμο Προσομοίωσης Άρη της NASA.

Περιοδικά, η ομάδα του Pavlov έκανε έγχυση νέον, ένα ισότοπο μεθανίου, κάτω από το δείγμα του εδάφους και μέτρησε την πίεση του αερίου κάτω και πάνω από αυτό. Η υψηλή πίεση κάτω από το δείγμα δείχνει ότι παγιδεύτηκε αέριο. Τελικά, η φώκια σχηματίστηκε υπό συνθήκες που μοιάζουν με τον Άρη σε μόλις τρεις έως 13 ημέρες σε δείγματα που περιείχαν συγκέντρωση υπερχλωρικού 5% έως 10%.

Αυτή είναι μια πολύ υψηλότερη συγκέντρωση αλατιού από αυτή που μέτρησε το Curiosity στον κρατήρα Gale. Αλλά ο ρεγόλιθος εκεί είναι πλούσιος σε ένα διαφορετικό είδος ορυκτού αλατιού που ονομάζεται θειικό, το οποίο η ομάδα του Pavlov στη συνέχεια θέλει να δοκιμάσει για να δει αν μπορούν επίσης να σχηματίσουν φώκιες.

Το ρόβερ Curiosity έφτασε σε μια περιοχή που πιστεύεται ότι σχηματίστηκε όταν το κλίμα του Άρη στέγνωνε.

Η βελτίωση της κατανόησής μας για τις διαδικασίες παραγωγής και καταστροφής μεθανίου στον Άρη είναι μια βασική σύσταση Ανώτερη ανασκόπηση της πλανητικής αποστολής της NASA για το 2022Θεωρητική εργασία όπως αυτή του Pavlov είναι καθοριστική σε αυτή την προσπάθεια. Ωστόσο, οι επιστήμονες λένε ότι χρειάζονται επίσης πιο συνεπείς μετρήσεις μεθανίου.

Η SAM μυρίζει μεθάνιο μόνο μερικές φορές το χρόνο επειδή είναι απασχολημένη με την κύρια δουλειά της να τρυπήσει δείγματα από την επιφάνεια και να αναλύσει τη χημική τους σύνθεση.

«Τα πειράματα μεθανίου απαιτούν πόρους, επομένως πρέπει να είμαστε πολύ στρατηγικοί όταν αποφασίζουμε να τα διεξάγουμε», δήλωσε ο κύριος ερευνητής της SAM Τσαρλς Μάλεσπιν του Πανεπιστημίου Γκόνταρντ.

Ωστόσο, οι επιστήμονες λένε ότι η δοκιμή πόσο συχνά ανεβαίνουν τα επίπεδα μεθανίου, για παράδειγμα, θα απαιτήσει μια νέα γενιά οργάνων επιφάνειας που θα μετρούν συνεχώς το μεθάνιο από πολλές τοποθεσίες σε όλο τον Άρη.

«Μερικό από το έργο μεθανίου θα πρέπει να αφεθεί σε μελλοντικά διαστημόπλοια επιφανείας που θα επικεντρώνονται περισσότερο στην απάντηση σε αυτές τις συγκεκριμένες ερωτήσεις», είπε ο Βασαβάντα.

Αναφορά: «Σχηματισμός και σταθερότητα αλατούχου εδάφους φώκιας υπό συνθήκες παρόμοιες με τον Άρη Επιπτώσεις των διακυμάνσεων του μεθανίου στον Άρη από τους Alexander A. Pavlov, James Johnson, Raul Garcia Sanchez, Ariel Segelnytsky, Chris Johnson, Jeffrey Davis, Scott Gosiewicz και Prabhakar». Misra, 09 Μαρτίου 2024, Journal of Geophysical Research: Planets.
doi: 10.1029/2023JE007841

Η περιέργεια χτίζεται από Εργαστήριο Jet Propulsion, το οποίο διαχειρίζεται το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. Η JPL ηγείται της αποστολής για λογαριασμό της Διεύθυνσης Επιστημονικής Αποστολής της NASA στην Ουάσιγκτον.