Med Mars metan mysterium uløst, Nysgerrighed tjener videnskabsmænd til en ny:Oxygen

For første gang i rumforskningens historie, forskere har målt årstidsændringerne i de gasser, der fylder luften direkte over overfladen af ​​Gale Crater på Mars. Som resultat, de bemærkede noget forvirrende:ilt, den gas, som mange jordiske skabninger bruger til at trække vejret, opfører sig på en måde, som forskerne hidtil ikke kan forklare gennem nogen kendte kemiske processer.

I løbet af tre Mars-år (eller næsten seks Jord-år) inhalerede et instrument i det bærbare kemilaboratorium Sample Analysis at Mars (SAM) inde i maven på NASAs Curiosity-rover luften fra Gale Crater og analyserede dets sammensætning. Resultaterne, som SAM spyttede ud, bekræftede sammensætningen af ​​Mars-atmosfæren ved overfladen:95 volumenprocent kuldioxid (CO ₂ ), 2,6 % molekylært nitrogen (N ₂ ), 1,9 % argon (Ar), 0,16 % molekylær oxygen (O ₂ ), og 0,06 % carbonmonoxid (CO). De afslørede også, hvordan molekylerne i Mars-luften blandes og cirkulerer med ændringerne i lufttrykket i løbet af året. Disse ændringer er forårsaget, når CO ₂ gas fryser over polerne om vinteren, derved sænke lufttrykket over planeten efter omfordeling af luft for at opretholde trykligevægt. Når CO ₂ fordamper om foråret og sommeren og blander sig over Mars, det hæver lufttrykket.

Inden for dette miljø, forskere fandt ud af, at nitrogen og argon følger et forudsigeligt sæsonmønster, vokser og aftager i koncentrationen i Gale Crater i løbet af året i forhold til hvor meget CO ₂ er i luften. De forventede, at ilt ville gøre det samme. Men det gjorde det ikke. I stedet, mængden af ​​gas i luften steg hele foråret og sommeren med hele 30 %, og faldt derefter tilbage til niveauer forudsagt af kendt kemi i efteråret. Dette mønster gentages hvert forår, selvom mængden af ​​ilt tilsat atmosfæren varierede, antyder, at noget producerede det, og så tog det væk.

"Første gang vi så det, det var bare åndssvagt, " sagde Sushil Atreya, professor i klima- og rumvidenskab ved University of Michigan i Ann Arbor. Atreya er medforfatter til et papir om dette emne offentliggjort den 12. november i Journal of Geophysical Research:Planeter.

Så snart forskerne opdagede ilt-gåden, Mars-eksperter gik i gang med at prøve at forklare det. De dobbelt- og tredoblede først nøjagtigheden af ​​det SAM-instrument, de brugte til at måle gasserne:Quadrupole Mass Spectrometer. Instrumentet var fint. De overvejede muligheden for, at CO ₂ eller vand (H ₂ O) molekyler kunne have frigivet ilt, når de brød fra hinanden i atmosfæren, fører til den kortvarige stigning. Men det ville tage fem gange mere vand over Mars at producere den ekstra ilt, og CO ₂ bryder op for langsomt til at generere det over så kort tid. Hvad med iltfaldet? Kunne solstråling have brudt iltmolekyler op i to atomer, der blæste væk ud i rummet? Ingen, videnskabsmænd konkluderede, da det ville tage mindst 10 år for ilten at forsvinde gennem denne proces.

"Vi kæmper for at forklare dette, " sagde Melissa Trainer, en planetarisk videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, der ledede denne forskning. "Det faktum, at iltadfærden ikke er perfekt gentagelig hver sæson, får os til at tro, at det ikke er et problem, der har at gøre med atmosfærisk dynamik. Det skal være en eller anden kemisk kilde og dræn, som vi endnu ikke kan redegøre for."

Til videnskabsmænd, der studerer Mars, Ilthistorien ligner mærkværdigvis den om metan. Metan er konstant i luften inde i Gale Crater i så små mængder (0,00000004 % i gennemsnit), at det næsten ikke kan skelnes selv af de mest følsomme instrumenter på Mars. Stadig, det er blevet målt af SAM's Tunable Laser Spectrometer. Instrumentet afslørede, at mens metan stiger og falder sæsonmæssigt, det stiger i overflod med omkring 60 % i sommermånederne af uforklarlige årsager. (Faktisk, metan stiger også tilfældigt og dramatisk. Forskere forsøger at finde ud af hvorfor.)

Med de nye iltfund i hånden, Trænerens team spekulerer på, om kemi, der ligner det, der driver metans naturlige sæsonmæssige variationer, også kan drive ilt. I hvert fald af og til, de to gasser ser ud til at svinge i tandem.

"Vi begynder at se denne fristende sammenhæng mellem metan og ilt i en god del af Mars-året, " sagde Atreya. "Jeg tror, ​​der er noget om det. Jeg har bare ikke svarene endnu. Det gør ingen."

Ilt og metan kan fremstilles både biologisk (fra mikrober, for eksempel) og abiotisk (fra kemi relateret til vand og klipper). Forskere overvejer alle muligheder, selvom de ikke har nogen overbevisende beviser for biologisk aktivitet på Mars. Curiosity har ikke instrumenter, der definitivt kan sige, om kilden til metan eller ilt på Mars er biologisk eller geologisk. Forskere forventer, at ikke-biologiske forklaringer er mere sandsynlige og arbejder ihærdigt på at forstå dem fuldt ud.

Trænerens hold betragtede Marsjord som en kilde til den ekstra forårsilt. Trods alt, den er kendt for at være rig på grundstoffet, i form af forbindelser som brintoverilte og perklorater. Et eksperiment på vikingelanderne viste for årtier siden, at varme og fugt kunne frigive ilt fra Mars jord. Men det eksperiment fandt sted under forhold, der var helt anderledes end Mars-forårets miljø, og det forklarer ikke iltfaldet, blandt andre problemer. Andre mulige forklaringer stemmer heller ikke helt lige nu. For eksempel, højenergistråling af jorden kunne producere ekstra O ₂ i luften, men det ville tage en million år at akkumulere nok ilt i jorden til at tage højde for det boost målt i kun et forår, rapporterer forskerne i deres papir.

"Vi har endnu ikke været i stand til at finde en proces, der producerer den mængde ilt, vi har brug for, men vi tror, ​​det skal være noget i overfladejorden, der ændrer sig sæsonmæssigt, fordi der ikke er nok tilgængelige iltatomer i atmosfæren til at skabe den adfærd, vi ser, " sagde Timothy McConnochie, assisterende forsker ved University of Maryland i College Park og en anden medforfatter af papiret.

Det eneste tidligere rumfartøj med instrumenter, der var i stand til at måle sammensætningen af ​​Mars-luften nær jorden, var NASAs tvillinge vikingelandere, som ankom til planeten i 1976. Vikingeeksperimenterne dækkede kun nogle få Mars-dage, selvom, så de kunne ikke afsløre sæsonbestemte mønstre for de forskellige gasser. De nye SAM-målinger er de første til at gøre det. SAM-teamet vil fortsætte med at måle atmosfæriske gasser, så forskerne kan indsamle mere detaljerede data gennem hver sæson. I mellemtiden, Træner og hendes team håber, at andre Mars-eksperter vil arbejde på at løse iltmysteriet.

"Det er første gang, vi ser denne interessante adfærd over flere år. Vi forstår det ikke helt, " sagde træner. "For mig, dette er en åben opfordring til alle de kloge mennesker derude, som er interesserede i det her:Se, hvad du kan finde på."