Zašto neki znanstveni instrumenti otkrivaju plin na Crvenom planetu, a drugi ne?
Izvještaji o otkrivanju metana na Marsu zarobili su znanstvenike i one koji nisu znanstvenici. Na Zemlji značajnu količinu metana proizvode mikrobi koji pomažu većini stoke da probavi biljke. Ovaj proces probave završava izdahom stoke ili ispuhivanjem plina u zrak.
Iako na Marsu nema goveda, ovaca ili koza, pronalazak metana tamo je uzbudljivo jer može značiti da su mikrobi živjeli ili jesu na Crvenom planetu. Metan, međutim, nije mogao imati nikakve veze s mikrobima ili bilo kojom drugom biologijom; Geološki procesi koji uključuju interakciju stijena, vode i topline također je mogu proizvesti.
Prije identificiranja izvora metana na Marsu, znanstvenici moraju riješiti pitanje koje ih je glodalo: Zašto neki instrumenti otkrivaju plin, a drugi ne? NASA-in rover Curiosity, na primjer, više je puta otkrio metan točno iznad površine kratera Gale. No, ESA-in (Europska svemirska agencija) ExoMars Trace Gas Orbiter nije otkrio metan više u atmosferi Marsa.
“Kad se 2016. godine ukrcao Trace Gas Orbiter, u potpunosti sam očekivao da će tim orbitera izvijestiti da je posvuda na Marsu mala količina metana”, rekao je Chris Webster, voditelj instrumenta podesivog laserskog spektrometra (TLS) u uzorku Analiza u kemijskom laboratoriju Mars (SAM) na roveru Curiosity.
TLS je u krateru Gale u prosjeku izmjerio manje od pola dijela na milijardu metana. To je ekvivalentno prstohvatu soli razrijeđenom u bazenu olimpijske veličine. Ta su mjerenja isprekidana zbunjujućim šiljcima volumena do 20 dijelova na milijardu.
“Ali kad je europski tim objavio da ne vidi metan, bio sam definitivno šokiran”, rekao je Webster, koji ima sjedište u NASA-inom laboratoriju za mlazni pogon u južnoj Kaliforniji.
Europski orbiter osmišljen je kao zlatni standard za mjerenje metana i drugih plinova na cijelom planetu. Istodobno, Curiosityjev TLS toliko je precizan, da će se koristiti za rano upozoravanje na otkrivanje požara na Međunarodnoj svemirskoj postaji i za praćenje razine kisika u odijelima astronauta. Također je licenciran za upotrebu u elektranama, na naftovodima i u borbenim zrakoplovima, gdje piloti mogu nadzirati razinu kisika i ugljičnog dioksida u maskama za lice.
Ipak, Webster i tim SAM-a bili su zatečeni nalazima europskog orbitera i odmah su krenuli u ispitivanje mjerenja TLS-a na Marsu.
Neki su stručnjaci sugerirali da rover sam ispušta plin. “Dakle, promatrali smo korelacije s usmjeravanjem rovera, zemljom, drobljenjem kamenja, degradacijom kotača – kako biste rekli”, rekao je Webster. “Ne mogu pretjerati s naporom koji je tim uložio istražujući svaki mali detalj kako bi bio siguran da su ta mjerenja točna i jesu.”
Webster i njegov tim izvijestili su danas (29. lipnja 2021.) o svojim rezultatima u Astronomija i astrofizika časopis.
Dok je SAM tim radio na potvrđivanju otkrivanja metana, drugi član znanstvenog tima Curiosityja, planetarni znanstvenik John E. Moores sa Sveučilišta York u Torontu, objavio je intrigantno predviđanje 2019. „Uzeo sam ono što neki moji kolege nazivaju vrlo kanadskim gledajući na ovo, u smislu da sam postavio pitanje: ‘Što ako su znatiželja i Trace Gas Orbiter u pravu?’ “rekao je Moores.
Moores, kao i drugi članovi tima za znatiželju koji proučavaju obrasce vjetra u krateru Gale, pretpostavio da je razlika između mjerenja metana svodi se na doba dana kada su zauzeti. Budući da mu je potrebno puno energije, TLS radi uglavnom noću kada ne rade drugi instrumenti Curiosity. Marsova je atmosfera noću mirna, primijetio je Moores, pa se metan koji curi iz zemlje nakuplja u blizini površine gdje ga znatiželja može otkriti.
S druge strane, Trace Gas Orbiter zahtijeva sunčevu svjetlost kako bi odredio metan na oko 3 milje ili 5 kilometara iznad površine. “Bilo koja atmosfera u blizini površine planeta tijekom dana prolazi kroz ciklus”, rekao je Moores. Toplina od Sunca razbacuje atmosferu kako se topli zrak diže i hladan zrak tone. Dakle, metan koji je noću zatvoren u blizini površine, danju se miješa u širu atmosferu, što ga razrjeđuje do neotkrivenih razina. “Dakle, shvatio sam da niti jedan instrument, posebno onaj u orbiti, ne bi vidio ništa”, rekao je Moores.
Tim Curiosity odmah je odlučio testirati Mooresovo predviđanje prikupljanjem prvih visoko preciznih dnevnih mjerenja. TLS je izmjeravao metan uzastopno tijekom jednog marsovskog dana, uspoređujući jedno noćno mjerenje s dva dnevna. Uz svaki eksperiment, SAM je dva sata usisavao marsovski zrak, kontinuirano uklanjajući ugljični dioksid, koji čini 95% atmosfere planeta. Ostavljen je koncentrirani uzorak metana koji je TLS mogao lako izmjeriti prolazeći kroz njega infracrvenu lasersku zraku mnogo puta, onu koja je podešena da koristi preciznu valnu duljinu svjetlosti koju apsorbira metan.
“John je predvidio da bi se metan tijekom dana trebao učinkovito spustiti na nulu, a naša dva dnevna mjerenja to su potvrdila”, rekao je Paul Mahaffy, glavni istražitelj SAM-a, koji ima sjedište u NASA-inom Goddard Space Flight Center u Greenbeltu u Marylandu. TLS-ova noćna mjerenja uredno su se uklapala u prosjek koji je tim već utvrdio. “Dakle, to je jedan od načina za uspavljivanje ove velike razlike”, rekao je Mahaffy.
Iako ovo istraživanje sugerira da koncentracije metana tijekom dana rastu i padaju na površini kratera Gale, znanstvenici još uvijek nisu riješili globalnu zagonetku metana na Marsu. Metan je stabilna molekula za koju se očekuje da će na Marsu trajati otprilike 300 godina prije nego što će je rastrgati sunčevo zračenje. Ako metan neprestano curi iz svih sličnih kratera, za što znanstvenici sumnjaju da je vjerojatno s obzirom na to da Gale izgleda nije geološki jedinstven, u atmosferi bi se trebalo nakupiti dovoljno da bi ga Trace Gas Orbiter mogao otkriti. Znanstvenici sumnjaju da nešto uništava metan za manje od 300 godina.
U tijeku su eksperimenti kako bi se ispitalo mogu li električni prašini na niskoj razini izazvani prašinom u atmosferi Marsa uništiti metan ili obilni kisik na površini Marsa brzo uništi metan prije nego što stigne u gornju atmosferu.
“Moramo utvrditi postoji li brži mehanizam uništavanja od uobičajenog kako bismo u potpunosti pomirili skupove podataka s rovera i orbitera”, rekao je Webster.
Referenca: “Razlike dan-noć u metanu Marsa sugeriraju noćno zadržavanje u krateru Gale” Christophera R. Webstera, Paula R. Mahaffyja, Jorgea Pla-Garcie, Škota CR Rafkina, Johna E. Mooresa, Sushila K. Atreya, Gregoryja J. Flesch, Charles A. Malespin, Samuel M. Teinturier, Hemani Kalucha, Christina L. Smith, Daniel Viúdez-Moreiras i Ashwin R. Vasavada, 29. lipnja 2021., Astronomija i astrofizika.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202040030