Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvorfor siver metan ned på Mars? NASA-forskere har nye ideer

Fyldt med saltlagede søer repræsenterer Quisquiro-saltfladen i Sydamerikas Altiplano-region den slags landskab, som videnskabsmænd tror kan have eksisteret i Gale Crater på Mars, som NASAs Curiosity Rover udforsker. Kredit:Maksym Bocharov

Den mest overraskende afsløring fra NASA's Curiosity Mars Rover – at metan siver fra overfladen af ​​Gale Crater – får videnskabsmænd til at klø sig i hovedet.



Levende væsner producerer det meste af metan på Jorden. Men videnskabsmænd har ikke fundet overbevisende tegn på nuværende eller gammelt liv på Mars, og forventede derfor ikke at finde metan der. Alligevel har det bærbare kemilaboratorium ombord på Curiosity, kendt som SAM eller Sample Analysis at Mars, konstant opsnuset spor af gassen nær overfladen af ​​Gale Crater, det eneste sted på overfladen af ​​Mars, hvor metan er blevet opdaget indtil videre. Dens sandsynlige kilde, antager videnskabsmænd, er geologiske mekanismer, der involverer vand og klipper dybt under jorden.

Hvis det var hele historien, ville tingene være nemme. SAM har dog fundet ud af, at metan opfører sig på uventede måder i Gale Crater. Det vises om natten og forsvinder i løbet af dagen. Det svinger sæsonmæssigt og stiger nogle gange til niveauer 40 gange højere end normalt. Overraskende nok akkumuleres metanen heller ikke i atmosfæren:ESA's (European Space Agency) ExoMars Trace Gas Orbiter, sendt til Mars specifikt for at studere gassen i atmosfæren, har ikke fundet metan.

Hvorfor registrerer nogle videnskabelige instrumenter metan på den røde planet, mens andre ikke gør det?

"Det er en historie med mange plottwists," sagde Ashwin Vasavada, Curiositys projektforsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, som leder Curiositys mission.

Metan holder Mars-forskere beskæftiget med laboratoriearbejde og computermodelleringsprojekter, der har til formål at forklare, hvorfor gassen opfører sig mærkeligt og kun opdages i Gale Crater. En NASA-forskningsgruppe delte for nylig et interessant forslag.

Rapportering i et martspapir i Journal of Geophysical Research:Planets, foreslog gruppen, at metan - uanset hvordan det produceres - kunne forsegles under størknet salt, der kan dannes i Mars regolit, som er "jord" lavet af knust sten og støv . Når temperaturen stiger i varmere årstider eller tidspunkter på dagen, hvilket svækker forseglingen, kan metan sive ud.

Anført af Alexander Pavlov, en planetarisk videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, foreslår forskerne, at gassen også kan bryde ud i pust, når sæler revner under trykket fra for eksempel en rover på størrelse med en lille SUV, der kører over den . Holdets hypotese kan hjælpe med at forklare, hvorfor metan kun detekteres i Gale Crater, sagde Pavlov, da det er et af to steder på Mars, hvor en robot vandrer og borer i overfladen. (Den anden er Jezero Crater, hvor NASA's Perseverance rover fungerer, selvom den rover ikke har et metan-detekterende instrument.)

Pavlov sporer oprindelsen af ​​denne hypotese til et ikke-relateret eksperiment, han ledede i 2017, som involverede dyrkning af mikroorganismer i en simuleret Mars-permafrost (frossen jord) infunderet med salt, som meget af Mars-permafrosten er.

Pavlov og hans kolleger testede, om bakterier kendt som halofiler, som lever i saltvandssøer og andre saltrige miljøer på Jorden, kunne trives under lignende forhold på Mars.

Resultaterne af mikrobedyrkningen viste sig at være uoverensstemmende, sagde han, men forskerne bemærkede noget uventet:Det øverste jordlag dannede en saltskorpe, da salt is sublimerede, forvandlede sig fra et fast stof til en gas og efterlod saltet.

I 2018 annoncerede NASA, at prøveanalysen på Mars kemilaboratorium ombord på Curiosity Rover opdagede ældgamle organiske molekyler, der var blevet bevaret i klipper i milliarder af år. Fund som denne hjælper videnskabsmænd med at forstå den tidlige Mars' beboelighed og bane vejen for fremtidige missioner til den røde planet. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center

Permafrost på Mars og Jorden

"Vi tænkte ikke så meget over det i øjeblikket," sagde Pavlov, men han huskede jordskorpen i 2019, da SAM's afstembare laserspektrometer registrerede et metanudbrud, som ingen kunne forklare.

"Det var da, det klikkede i mit sind," sagde Pavlov. Og det var da han og et team begyndte at teste de forhold, der kunne dannes og knække hærdede saltforseglinger.

Pavlovs team testede fem prøver af permafrost infunderet med varierende koncentrationer af et salt kaldet perklorat, der er udbredt på Mars. (Der er sandsynligvis ingen permafrost i Gale Crater i dag, men sælerne kunne have dannet sig for længe siden, da Gale var koldere og iskoldere.) Forskerne udsatte hver prøve for forskellige temperaturer og lufttryk inde i et Mars-simuleringskammer hos NASA Goddard.

Med jævne mellemrum injicerede Pavlovs team neon, en methananalog, under jordprøven og målte gastrykket under og over det. Højere tryk under prøven indebar, at gassen var fanget. I sidste ende blev en sæl dannet under Mars-lignende forhold inden for tre til 13 dage kun i prøver med 5% til 10% perchloratkoncentration.

Det er en meget højere saltkoncentration end Curiosity har målt i Gale Crater. Men regolit der er rig på en anden type saltmineraler kaldet sulfater, som Pavlovs team vil teste for at se, om de også kan danne sæler.

Curiosity rover er ankommet til en region, der menes at være blevet til, mens Mars' klima var ved at tørre ud.

At forbedre vores forståelse af metangenererings- og ødelæggelsesprocesser på Mars er en vigtig anbefaling fra 2022 NASA Planetary Mission Senior Review, og teoretisk arbejde som Pavlovs er afgørende for denne indsats. Forskere siger dog, at de også har brug for mere konsekvente metanmålinger.

SAM snuser kun til metan flere gange om året, fordi den ellers har travlt med at udføre sit primære arbejde med at bore prøver fra overfladen og analysere deres kemiske sammensætning.

"Methaneksperimenter er ressourcekrævende, så vi skal være meget strategiske, når vi beslutter os for at udføre dem," sagde Goddards Charles Malespin, hovedefterforsker for SAM.

Men for at teste, hvor ofte metanniveauerne stiger, for eksempel, ville det kræve en ny generation af overfladeinstrumenter, der måler metan kontinuerligt fra mange steder på tværs af Mars, siger forskere.

"Noget af metanarbejdet vil skulle overlades til fremtidige overfladerumfartøjer, der er mere fokuserede på at besvare disse specifikke spørgsmål," sagde Vasavada.

Flere oplysninger: Alexander A. Pavlov et al., Dannelse og stabilitet af sæler med salt jord under Mars-lignende forhold. Implikationer for methanvariabilitet på Mars, Journal of Geophysical Research:Planets (2024). DOI:10.1029/2023JE007841

Journaloplysninger: Journal of Geophysical Research

Leveret af NASA




Varme artikler