Curiosity rover skærper paradokset i det gamle Mars (Opdatering)

Mars-forskere kæmper med et problem. Rigelig dokumentation siger, at oldtidens Mars nogle gange var våd, med vand, der flyder og samler sig på planetens overflade. Endnu, den gamle sol var omkring en tredjedel mindre varm, og klimamodellere kæmper for at producere scenarier, der får Mars' overflade varm nok til at holde vandet ufrosset.

En førende teori er at have en tykkere kuldioxidatmosfære, der danner et drivhusgastæppe, hjælper med at opvarme overfladen af ​​det gamle Mars. Imidlertid, ifølge en ny analyse af data fra NASAs Mars-rover Curiosity, Mars havde alt for lidt kuldioxid for omkring 3,5 milliarder år siden til at give tilstrækkelig drivhuseffekt opvarmning til at optø vandis.

Det samme bjerggrund fra Mars, hvor Curiosity fandt sedimenter fra en gammel sø, hvor mikrober kunne have trives, er kilden til beviserne, der bidrager til dilemmaet om, hvordan en sådan sø kunne have eksisteret. Curiosity opdagede ingen carbonatmineraler i prøverne af grundfjeldet, den analyserede. Den nye analyse konkluderer, at mangel på karbonater i det grundfjeld betyder, at Mars atmosfære, da søen eksisterede - for omkring 3,5 milliarder år siden - ikke kunne have holdt meget kuldioxid.

"Vi er især blevet slået med fraværet af karbonatmineraler i sedimentær sten, som roveren har undersøgt, " sagde Thomas Bristow fra NASAs Ames Research Center, Moffett Field, Californien. "Det ville være virkelig svært at få flydende vand, selvom der var hundrede gange mere kuldioxid i atmosfæren, end hvad mineralbeviserne i klippen fortæller os." Bristow er hovedforsker for kemi- og mineralogi-instrumentet (CheMin) om nysgerrighed og hovedforfatter af undersøgelsen, der offentliggøres i denne uge i Proceedings of the National Academy of Science .

Curiosity har ikke foretaget nogen endelig påvisning af karbonater i nogen søbundsbjergarter, der er udtaget, siden det landede i Gale Crater i 2011. CheMin kan identificere karbonat, hvis det kun udgør nogle få procent af klippen. Den nye analyse af Bristow og 13 medforfattere beregner den maksimale mængde kuldioxid, der kunne have været til stede, i overensstemmelse med den mangel på karbonat.

I vand, kuldioxid kombineres med positivt ladede ioner såsom magnesium og jernholdigt jern for at danne carbonatmineraler. Andre mineraler i de samme bjergarter indikerer, at disse ioner var let tilgængelige. De andre mineraler, såsom magnetit og lermineraler, også bevis for, at efterfølgende forhold aldrig blev så sure, at karbonater ville være opløst, som de kan i surt grundvand.

Dilemmaet har bygget sig op i årevis:Beviser om faktorer, der påvirker overfladetemperaturer – hovedsageligt den energi, der modtages fra den unge sol og tæppet fra planetens atmosfære – lægger op til et misforhold med udbredte beviser for flodnetværk og søer på oldtidens Mars. Ledtråde såsom isotopforhold i nutidens Mars-atmosfære indikerer, at planeten engang havde en meget tættere atmosfære, end den gør nu. Alligevel kæmper teoretiske modeller af det gamle Mars-klima for at skabe forhold, der ville tillade flydende vand på Mars-overfladen i mange millioner af år. En vellykket model foreslår en tyk kuldioxidatmosfære, der også indeholder molekylært brint. Hvordan en sådan atmosfære ville blive genereret og fastholdt, imidlertid, er kontroversiel.

Den nye undersøgelse knytter puslespillet til et bestemt sted og tidspunkt, med et tjek på jorden for karbonater i nøjagtig de samme sedimenter, som holder rekorden for en sø omkring en milliard år efter planetens dannelse.

I de sidste to årtier, forskere har brugt spektrometre på Mars orbitere til at søge efter carbonat, der kunne være et resultat af en tidlig æra med mere rigelige kuldioxid. De har fundet langt mindre end forventet.

"Det har været et mysterium, hvorfor der ikke har været meget karbonat set fra kredsløb, " sagde Bristow. "Du kunne komme ud af dilemmaet ved at sige, at karbonaterne stadig er der, men vi kan bare ikke se dem fra kredsløb, fordi de er dækket af støv, eller begravet, eller vi leder ikke det rigtige sted. Curiosity-resultaterne bringer paradokset i fokus. Det er første gang, vi har tjekket for karbonater på jorden i en sten, som vi ved, er dannet af sedimenter aflejret under vand."

Den nye analyse konkluderer, at der ikke kunne have været mere end et par snesevis af millibar kuldioxid, da søen eksisterede, eller det ville have produceret nok carbonat til, at Curiositys CheMin kunne opdage det. En millibar er en tusindedel af lufttrykket i havoverfladen på Jorden. Den nuværende atmosfære på Mars er mindre end 10 millibar og omkring 95 procent kuldioxid.

"Denne analyse passer med mange teoretiske undersøgelser om, at overfladen af ​​Mars, selv så længe siden, ikke var varmt nok til at vandet var flydende, " sagde Robert Haberle, en Mars-klimaforsker ved NASA Ames og en medforfatter af papiret. "Det er virkelig et puslespil for mig."

Forskere vurderer flere ideer til, hvordan man kan forene dilemmaet.

"Nogle tror, ​​at søen måske ikke var et åbent legeme af flydende vand. Måske var det væske dækket med is, " sagde Haberle. "Du kunne stadig få nogle sedimenter igennem til at samle sig i søbunden, hvis isen ikke var for tyk."

En ulempe ved denne forklaring er, at rover-holdet har søgt og ikke fundet beviser i Gale Crater, som man kunne forvente fra isdækkede søer, såsom store og dybe revner kaldet isskiler, eller "dråbesten, " som bliver indlejret i bløde søbundssedimenter, når de trænger ind i tyndere is.

Hvis søerne ikke var frosset, puslespillet gøres mere udfordrende af den nye analyse af, hvad manglen på karbonat-detektion af Curiosity indebærer om den gamle Mars-atmosfære.

Nysgerrigheden går gennem vandløbene, deltaer, og hundredvis af lodrette fod af mudder aflejret i gamle søer kalder på et kraftigt hydrologisk system, der forsyner vandet og sedimentet for at skabe de klipper, vi finder, " sagde Curiosity Project Scientist Ashwin Vasavada fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien. "Carbondioxid, blandet med andre gasser som brint, har været den førende kandidat til den varmepåvirkning, der er nødvendig for et sådant system. Dette overraskende resultat ser ud til at tage det ud af opløbet."

Når to linjer af videnskabeligt bevis forekommer uforenelige, scenen kan være sat for et fremskridt i forståelsen af, hvorfor de ikke er det. Curiosity-missionen fortsætter med at undersøge ældgamle miljøforhold på Mars.