Марсіанський метан спантеличив вчених: дивовижне відкриття марсохода Curiosity

Недавнє дослідження може допомогти пояснити, чому існує мобільна хімічна лабораторія НАСАКосмічний корабель Curiosity постійно нюхав сліди газу біля поверхні кратера Гейл.

Найдивовижніше відкриття марсохода NASA Curiosity — те, що метан просочується з поверхні кратера Гейл — змусило вчених почухати голови.

Живі організми виробляють більшу частину метану на Землі. Але вчені не виявили переконливих ознак нинішнього чи стародавнього життя МарсТож я не сподівався знайти там метан. Проте мобільна хімічна лабораторія Curiosity, відома як SAM, або Sample Analysis at Mars, постійно відчуває сліди газу біля поверхні кратера Гейла, єдиного місця на Марсі, де досі було виявлено метан. Вчені припускають, що його можливим джерелом є геологічні механізми, які включають воду та гірські породи глибоко в глибині Землі.

Заповнена солоними озерами в регіоні Альтіплано Південної Америки, розсіл Квіскіро представляє тип ландшафту, який, на думку вчених, міг існувати в кратері Гейл на Марсі, який досліджує марсохід NASA Curiosity. Авторство: Максим Бочаров

Якби це була вся історія, все було б легко. Однак SAM виявив, що метан поводиться несподівано в кратері Гейл. З’являється вночі і зникає вдень. Він коливається залежно від сезону, іноді досягаючи рівнів, що в 40 разів перевищують норму. Дивно, але метан також не накопичується в атмосфері: Європейське космічне агентство (ESA). Європейське космічне агентствоExoMars Trace Gas Orbiter, який був відправлений на Марс спеціально для вивчення газу в атмосфері, метану не виявив.

Чому одні наукові інструменти виявляють метан на Червоній планеті, а інші ні?

«Це історія з багатьма сюжетними поворотами», — сказав Ашвін Васавада, науковий співробітник проекту Curiosity з Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії, який очолює місію Curiosity.

Метан змушує марсіанських вчених зайняти лабораторною роботою та проектами комп’ютерного моделювання, спрямованими на пояснення, чому газ поводиться дивно та виявляється лише в кратері Гейла. Дослідницька група NASA нещодавно поділилася цікавою пропозицією.

Це зразок уявного марсіанського реголіту, який являє собою «ґрунт» з подрібнених каменів і пилу. Це один із п’яти зразків, у які вчені ввели різну концентрацію солі під назвою перхлорат, яка широко поширена на Марсі. Вони піддали кожен зразок умовам, подібним до марсіанських, у камері моделювання Марса в Центрі космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд. Крихкі маси у зразку вище показують, що у цьому зразку не утворилося соляне ущільнення, оскільки концентрація солі була надто низькою. Автор зображення: NASA/Олександр Павлов

Звіт у березневій газеті Журнал геофізичних досліджень: ПланетиГрупа припустила, що метан — незалежно від того, як він утворюється — може бути захоплений під затверділою сіллю, яка може утворитися в марсіанському реголіті, «ґрунті» з подрібненого каміння та пилу. Коли температура підвищується в теплу пору року або в теплу пору року, послаблюючи ущільнення, може витікати метан.

Під керівництвом Олександра Павлова, вченого-планетолога з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, дослідники зазначають, що газ також може вибухати струменями, коли ущільнювачі тріскаються під тиском, скажімо, марсохода розміром із маленький позашляховик. проїзд по ньому. . Павлов сказав, що гіпотеза команди може допомогти пояснити, чому метан було виявлено лише в кратері Гейла, враховуючи, що це одне з двох місць на Марсі, де робот бродить і бурить поверхню. (Іншим є кратер Джезеро, де працює марсохід NASA Perseverance, хоча цей марсохід не має детектора метану.)

На цьому зображенні ще один зразок макету марсіанського «ґрунту» після того, як його вилучили з камери моделювання Марса. Поверхня запечатується твердою кіркою солі. Олександр Павлов і його команда виявили, що ущільнення утворюється після того, як зразок провів від трьох до 13 днів в умовах, схожих на Марсі, і лише якщо концентрація перхлоратної солі становить від 5% до 10%. Колір світліший у центрі, де зразок подряпано металевою киркою. Більш світлий колір вказує на наявність більш сухого ґрунту під верхнім шаром, який поглинув вологу з повітря після того, як зразок було видалено з камери моделювання, і став коричневим. Автор зображення: NASA/Олександр Павлов

Павлов простежує походження цієї гіпотези до непов’язаного експерименту, який він провів у 2017 році, який включав вирощування мікроорганізмів у марсіанській вічній мерзлоті (мерзлому ґрунті), змішаному з сіллю, подібно до марсіанської вічної мерзлоти.

Павлов і його колеги перевірили, чи можуть бактерії, відомі як галофіли, які живуть у солоних озерах та інших багатих сіллю середовищах на Землі, процвітати в аналогічних умовах на Марсі.

За його словами, результати росту мікроорганізмів виявилися непереконливими, але дослідники помітили щось несподіване: верхній шар ґрунту утворив соляну кірку, коли солоний лід піднімався, перетворюючись із твердої речовини на газ, залишаючи сіль позаду.

Постійний лід на Марсі та Землі

«На даний момент ми про це особливо не думали», — сказав Павлов, але він пам’ятає ґрунтову кірку 2019 року, коли Регульований лазерний спектрометр SAM виявив вибух метану Ніхто не може пояснити.

«Тоді ця ідея прийшла мені в голову, — сказав Павлов. Саме тоді він і його команда почали перевіряти умови, за яких тверді соляні пломби можуть утворюватися та ламатися.

Curiosity намагався відповісти на запитання: чи були на Марсі відповідні екологічні умови для підтримки крихітних форм життя, які називаються мікробами? На початку своєї місії наукові інструменти Curiosity знайшли хімічні та мінералогічні докази минулих придатних для життя середовищ на Марсі. Він продовжує досліджувати скелясті літописи того часу, коли Марс міг бути домом для мікробного життя. Авторство: NASA

Команда Павлова перевірила п'ять зразків вічної мерзлоти, змішаної з різними концентраціями солі під назвою перхлорат, яка широко поширена на Марсі. (Ймовірно, що сьогодні в кратері Гейла немає вічної мерзлоти, але ущільнення могли утворитися давно, коли Гейл був холоднішим і крижанішим.) Вчені піддали кожен зразок різним температурам і тиску повітря в камері моделювання Марса NASA.

Періодично команда Павлова впорскувала під зразок ґрунту неон, ізотоп метану, і вимірювала тиск газу під і над ним. Високий тиск під зразком вказує на те, що газ був захоплений. Зрештою, ущільнення утворилося в умовах, схожих на Марсі, всього за три-13 днів у зразках, що містять від 5% до 10% концентрації перхлорату.

Це набагато вища концентрація солі, ніж те, що Curiosity виміряв у кратері Гейл. Але реголіт там багатий іншим типом соляного мінералу під назвою сульфат, який команда Павлова хоче перевірити, щоб побачити, чи можуть вони також утворювати ущільнення.

Марсохід Curiosity досяг області, яка, як вважають, утворилася, коли клімат на Марсі висихав.

Поліпшення нашого розуміння процесів утворення та руйнування метану на Марсі є ключовою рекомендацією від Старший огляд планетарної місії NASA у 2022 роціТеоретична робота, така як Павлова, має вирішальне значення для цих зусиль. Однак вчені кажуть, що їм також потрібні більш послідовні вимірювання метану.

SAM відчуває запах метану лише кілька разів на рік, тому що він зайнятий своєю основною роботою — бурінням проб із поверхні та аналізом їхнього хімічного складу.

«Експерименти з метаном є ресурсомісткими, тому ми повинні бути дуже стратегічними, коли вирішуємо їх проводити», — сказав головний дослідник SAM Чарльз Малеспін з Університету Годдарда.

Проте вчені кажуть, що, наприклад, щоб перевірити, як часто підвищується рівень метану, знадобиться нове покоління поверхневих приладів, які постійно вимірюватимуть метан у багатьох місцях на Марсі.

«Деяку роботу з метану слід залишити майбутнім поверхневим космічним кораблям, які більше зосереджуватимуться на відповідях на ці конкретні питання», — сказав Васавада.

Довідка: «Утворення та стабільність ущільнень солоного ґрунту в умовах, подібних до марсіанських». Олександр А. Павлов, Джеймс Джонсон, Рауль Гарсіа Санчес, Аріель Сегельницький, Кріс Джонсон, Джеффрі Девіс, Скотт Госевич і Прабхакар. Місра, 09 березня 2024 р. Журнал геофізичних досліджень: Планети.
doi: 10.1029/2023JE007841

Цікавість будується Лабораторія реактивного руху, яким керує Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені, Каліфорнія. JPL очолює місію від імені Управління наукових місій NASA у Вашингтоні.