Marsa metāns mulsina zinātniekus: Curiosity rovera pārsteidzošais atklājums

Nesenais pētniecības darbs var palīdzēt izskaidrot, kāpēc pastāv mobilā ķīmijas laboratorija NASAKosmosa kuģis Curiosity pastāvīgi šņaucēja gāzes pēdas netālu no Geila krātera.

Vispārsteidzošākais NASA Curiosity Mars Rover atklājums — ka metāns sūcas no Geila krātera virsmas — liek zinātniekiem kasīt galvu.

Dzīvie organismi ražo lielāko daļu metāna uz Zemes. Taču zinātnieki nav atraduši pārliecinošas pašreizējās vai senās dzīves pazīmes MarssTāpēc es necerēju tur atrast metānu. Tomēr Curiosity mobilā ķīmijas laboratorija, kas pazīstama kā SAM jeb paraugu analīze Marsā, pastāvīgi sajūt gāzes pēdas netālu no Geila krātera, kas ir vienīgā vieta uz Marsa, kur līdz šim ir konstatēts metāns. Zinātnieki pieļauj, ka tā iespējamais avots ir ģeoloģiski mehānismi, kas ietver ūdeni un akmeņus dziļi Zemes iekšienē.

Piepildīts ar sāls ezeriem Dienvidamerikas Altiplano reģionā, Quisquiro sālījums atspoguļo ainavu, kas, pēc zinātnieku domām, varētu būt Marsa Geila krāterī, ko NASA Curiosity Rover pēta. Kredīts: Maksims Bočarovs

Ja tas būtu viss stāsts, viss būtu viegli. Tomēr SAM ir atklājis, ka metāns Geila krāterī uzvedas neparedzētā veidā. Tas parādās naktī un pazūd dienas laikā. Tas svārstās sezonāli, dažreiz sasniedzot 40 reizes augstāku līmeni nekā parasti. Pārsteidzoši, bet metāns arī neuzkrājas atmosfērā: Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA). Eiropas Kosmosa aģentūraExoMars Trace Gas Orbiter, kas tika nosūtīts uz Marsu speciāli, lai izpētītu gāzi atmosfērā, nekonstatēja metānu.

Kāpēc daži zinātniskie instrumenti atklāj metānu uz Sarkanās planētas, bet citi to nedara?

“Tas ir stāsts ar daudziem sižeta pavērsieniem,” sacīja Ešvins Vasavada, Curiosity projekta zinātnieks no NASA Reaktīvo dzinēju laboratorijas Dienvidkalifornijā, kurš vada Curiosity misiju.

Metāns liek Marsa zinātniekiem nodarboties ar laboratorijas darbiem un datormodelēšanas projektiem, kuru mērķis ir izskaidrot, kāpēc gāze uzvedas dīvaini un tiek konstatēta tikai Geila krāterī. NASA pētniecības grupa nesen dalījās ar interesantu priekšlikumu.

Šis ir iedomātā Marsa regolīta paraugs, kas ir “augsne”, kas veidota no drupinātiem akmeņiem un putekļiem. Tas ir viens no pieciem paraugiem, ko zinātnieki injicējuši ar dažādu koncentrāciju sāli, ko sauc par perhlorātu, kas ir plaši izplatīts uz Marsa. Viņi katru paraugu pakļāva Marsam līdzīgiem apstākļiem Marsa simulācijas kamerā NASA Godāras kosmosa lidojumu centrā Grīnbeltā, Merilendā. Trauslās masas iepriekš paraugā liecina, ka sāls blīvējums šajā paraugā nav izveidojies, jo sāls koncentrācija bija pārāk zema. Attēla kredīts: NASA/Aleksandrs Pavlovs

Ziņojums marta rakstā par Ģeofizisko pētījumu žurnāls: planētasGrupa ierosināja, ka metāns neatkarīgi no tā, kā tas tiek ražots, varētu būt iesprostots zem sacietējušā sāls, kas var veidoties Marsa regolītā, “augsnē”, kas veidota no sasmalcinātiem akmeņiem un putekļiem. Kad temperatūra paaugstinās siltākos gadalaikos vai diennakts laikā, vājinot blīvējumu, metāns var izplūst.

NASA Godārda Kosmosa lidojumu centra Grīnbeltā, Merilendas štatā, planētu zinātnieka Aleksandra Pavlova vadībā pētnieki norāda, ka gāze var eksplodēt arī strūklās, kad plombas plaisā zem, piemēram, neliela apvidus auto izmēra rovera spiediena. braucot tam pāri. . Pavlovs sacīja, ka komandas hipotēze var palīdzēt izskaidrot, kāpēc metāns ir atklāts tikai Geila krāterī, ņemot vērā, ka tā ir viena no divām vietām uz Marsa, kur robots klīst un urbj virsmu. (Otrs ir Jezero krāteris, kur darbojas NASA Perseverance roveris, lai gan šim roveram nav metāna detektora.)

Šis attēls ir ar citu marsa “augsnes” izspēles paraugu pēc tam, kad tā tika izņemta no Marsa simulācijas kameras. Virsma ir noslēgta ar cietu sāls garozu. Aleksandrs Pavlovs un viņa komanda atklāja, ka zīmogs veidojas pēc tam, kad paraugs ir pavadījis trīs līdz 13 dienas Marsam līdzīgos apstākļos un tikai tad, ja tā perhlorāta sāls koncentrācija ir no 5% līdz 10%. Krāsa ir gaišāka centrā, kur paraugs ir saskrāpēts ar metāla instrumentu. Gaišāka krāsa norāda uz sausākas augsnes klātbūtni zem augšējā slāņa, kas absorbēja mitrumu no gaisa, kad paraugs tika izņemts no simulācijas kameras, un kļuva brūns. Attēla kredīts: NASA/Aleksandrs Pavlovs

Pavlovs izseko šīs hipotēzes izcelsmi ar nesaistītu eksperimentu, kuru viņš vadīja 2017. gadā un kurā tika iesaistīti mikroorganismu audzēšana Marsa mūžīgajā sasalumā (sasaldētā augsnē), kas sajaukts ar sāli, līdzīgi kā Marsa mūžīgajā sasalumā.

Pavlovs un viņa kolēģi pārbaudīja, vai baktērijas, kas pazīstamas kā halofīli, kas dzīvo sālsūdens ezeros un citās ar sāli bagātās vidēs uz Zemes, varētu attīstīties līdzīgos apstākļos uz Marsa.

Viņš teica, ka mikrobu augšanas rezultāti izrādījās nepārliecinoši, taču pētnieki pamanīja kaut ko negaidītu: augšējais augsnes slānis veidoja sāls garozu, sāļajam ledusm pieaugot, pārvēršoties no cietas vielas par gāzi un atstājot sāli.

Pastāvīgs ledus uz Marsa un Zemes

“Pašlaik mēs par to daudz nedomājām,” sacīja Pavlovs, taču viņš atceras augsnes garozu 2019. gadā, kad SAM noskaņojamais lāzera spektrometrs atklāja metāna sprādzienu Neviens nevar izskaidrot.

“Tieši tad man ienāca prātā ideja,” sacīja Pavlovs. Toreiz viņš un viņa komanda sāka pārbaudīt apstākļus, kādos var veidoties un salūzt cietie sāls blīvējumi.

Zinātkāre nolēma atbildēt uz jautājumu: vai Marsam bija piemēroti vides apstākļi, lai atbalstītu sīkas dzīvības formas, ko sauc par mikrobiem? Savas misijas sākumā Curiosity zinātnes instrumenti atrada ķīmiskus un mineraloģiskus pierādījumus par pagātnes apdzīvojamu vidi uz Marsa. Tā turpina pētīt akmeņaino rekordu no laika, kad Marss varēja būt mikrobu dzīves mājvieta. Pateicība: NASA

Pavlova komanda pārbaudīja piecus mūžīgā sasaluma paraugus, kas sajaukti ar dažādu koncentrāciju sāli, ko sauc par perhlorātu, kas ir plaši izplatīts uz Marsa. (Šodien Geilas krāterī, visticamāk, nav mūžīgā sasaluma, taču roņi varēja veidoties jau sen, kad Geils bija aukstāks un ledaināks.) Zinātnieki NASA Godāras Marsa simulācijas kamerā katru paraugu pakļāva dažādām temperatūrām un gaisa spiedienam.

Periodiski Pavlova komanda zem augsnes parauga injicēja neonu, metāna izotopu, un mērīja gāzes spiedienu zem un virs tā. Augsts spiediens zem parauga norāda, ka gāze ir iesprostoti. Galu galā zīmogs izveidojās Marsam līdzīgos apstākļos tikai trīs līdz 13 dienu laikā paraugos, kas satur 5–10% perhlorāta koncentrāciju.

Tā ir daudz augstāka sāls koncentrācija nekā Curiosity mērīta Geila krāterī. Taču tur esošais regolīts ir bagāts ar cita veida sāls minerālu, ko sauc par sulfātu, ko Pavlova komanda vēlas pārbaudīt, lai noskaidrotu, vai tie var arī veidot blīves.

Rover Curiosity ir sasniedzis apgabalu, kas, domājams, izveidojās Marsa klimata izžūšanas laikā.

Viens no galvenajiem ieteikumiem ir uzlabot mūsu izpratni par metāna veidošanās un iznīcināšanas procesiem uz Marsa NASA 2022. gada planētu misijas vecākais pārskatsTeorētiskais darbs, piemēram, Pavlova darbs, ir izšķirošs šajos centienos. Tomēr zinātnieki saka, ka viņiem ir nepieciešami arī konsekventāki metāna mērījumi.

SAM metāna smaku sajūt tikai dažas reizes gadā, jo tas ir aizņemts, veicot savu galveno darbu, proti, urbt paraugus no virsmas un analizēt to ķīmisko sastāvu.

“Metāna eksperimenti ir resursietilpīgi, tāpēc mums ir jābūt ļoti stratēģiskiem, kad nolemjam tos veikt,” sacīja SAM galvenais pētnieks Čārlzs Malespins no Goddāras universitātes.

Tomēr zinātnieki saka, ka, piemēram, lai pārbaudītu, cik bieži metāna līmenis paaugstinās, būs nepieciešami jaunas paaudzes virsmas instrumenti, kas nepārtraukti mēra metānu no daudzām vietām visā Marsā.

“Daži no metāna darba būtu jāatstāj nākotnes virszemes kosmosa kuģiem, kas vairāk koncentrējas uz atbildēm uz šiem konkrētajiem jautājumiem,” sacīja Vasavada.

Atsauce: “Sāļo augsnes blīvējumu veidošanās un stabilitāte Marsam līdzīgos apstākļos.” Aleksandrs A. Pavlovs, Džeimss Džonsons, Rauls Garsija Sančess, Ariels Segelnickis, Kriss Džonsons, Džefrijs Deiviss, Skots Gosievičs un Prabhakars. Misra, 2024. gada 9. marts, Ģeofizisko pētījumu žurnāls: planētas.
doi: 10.1029/2023JE007841

Zinātkāri veido Reaktīvo dzinēju laboratorija, ko pārvalda Kalifornijas Tehnoloģiju institūts Pasadenā, Kalifornijā. JPL vada misiju NASA Zinātnes misijas direktorāta vārdā Vašingtonā.