Dlaczego metan wycieka na Marsa? Naukowcy z NASA mają nowe pomysły

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 przekonujących oznak obecnego lub starożytnego życia na Marsie, dlatego nie spodziewali się znaleźć tam metanu. 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.

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: należąca do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) sonda ExoMars Trace Gas Orbiter, która została wysłana na Marsa specjalnie w celu zbadania gazu w atmosferze, nie wykryła żadnego 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.

Zgłoszenie w Artykuł marcowy w Journal of Geophysical Research: PlanetsGrupa 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.)

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, przekształcając się 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, której nikt nie potrafił 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.

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.

Poprawa naszej wiedzy o procesach wytwarzania i niszczenia metanu na Marsie to kluczowe zalecenie zawarte w opublikowanym przez NASA programie Planetary Mission Senior Review z 2022 r., a prace teoretyczne, takie jak praca Pavlova, mają kluczowe znaczenie 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 zachować szczególną ostrożność” – powiedział Charles Malespine z Goddarda, główny badacz SAM.

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.