Dodano: 14 listopad 2019r.

Zagadkowe zmiany składu atmosfery na Marsie

Naukowcy zmierzyli sezonowe zmiany w gazach wypełniających powietrze bezpośrednio nad powierzchnią krateru Gale na Marsie. W rezultacie zauważyli coś zaskakującego: tlen - gaz, którym oddycha wiele ziemskich stworzeń, zachowuje się w sposób, którego naukowcy nie potrafią wyjaśnić żadnymi znanymi procesami chemicznymi.

Skały na powierzchni Marsa

 

Przez ostatnie sześć lat należący do NASA łazik Curiosity „wdycha” marsjańskie powietrze. Znajdujący się na wyposażeniu łazika instrument SAM (Sample Analysis at Mars), który jest przenośnym laboratorium chemicznym, analizuje jego skład. Wyniki pomiarów pokazują skład marsjańskiej atmosfery: 95 proc. dwutlenku węgla (CO2), 2,6 proc. azotu (N2), 1,9 proc. argonu (Ar), 0,16 proc. tlenu (O2), i 0,06 proc. tlenku węgla (CO).

Na podstawie analiz badacze ustalili, w jaki sposób cząsteczki w marsjańskim powietrzu mieszają się i krążą wraz ze zmianami ciśnienia powietrza w ciągu roku. Zmiany te powstają, gdy CO2 zamarza na biegunach zimą, obniżając w ten sposób ciśnienie powietrza na całej planecie. Wiosną i latem, kiedy CO2 paruje, podnosi ciśnienie powietrza.

Wahania stężenia tlenu w marsjańskiej atmosferze

Naukowcy odkryli, że azot i argon podążają za przewidywalnym wzorcem sezonowym, zmieniając stężenie w kraterze Gale przez cały rok w stosunku do ilości CO2 w powietrzu. Spodziewali się, że tlen będzie zachowywał się tak samo, ale tak się nie dzieje. Zamiast tego, ilość gazu w powietrzu wzrasta wiosną i latem nawet o 30 proc., a następnie spada jesienią. Ten wzór powtarza się każdej wiosny, chociaż ilość tlenu dodawanego do atmosfery jest różna, co sugeruje, że tlen jest w jakiś sposób wytwarzany.

- Po raz pierwszy to zobaczyliśmy, to było po prostu oszałamiające - powiedział Sushil Atreya z University of Michigan w Ann Arbor. Atreya jest współautorem publikacji dotyczącej marsjańskiej atmosfery, który ukazał się na łamach pisma „Journal of Geophysical Research: Planets”.

Gdy tylko naukowcy dostrzegli dziwne zachowanie tlenu, od razu przystąpili do pracy, próbując to wyjaśnić. Najpierw kilkukrotnie sprawdzili dokładność przyrządu SAM, którego użyli do pomiaru gazów. Instrument był w porządku. Rozważali możliwość, że cząsteczki CO2 lub wody (H2O) mogły uwolnić tlen, gdy rozpadły się w atmosferze, co doprowadziło do krótkotrwałego wzrostu stężenia gazu. Ale wyprodukowanie obserwowanych ilości tlenu wymagałoby znacznie więcej wody w marsjańskim środowisku. Z kolei CO2 rozpada się zbyt wolno, aby wytworzyć tlen w tak krótkim czasie.

- Próbujemy to wyjaśnić. Fakt, że zachowanie tlenu nie jest idealnie powtarzalne co sezon, sprawia, że skłaniamy się ku wnioskowi, że nie jest to problem związany z dynamiką atmosfery. Musi być jakieś źródło chemiczne i pochłaniacz - powiedziała kierująca badaniami Melissa Trainer, planetolog z NASA Goddard Space Flight Center.

Zagadkowe zachowanie tlenu i metanu na Marsie

Dla naukowców badających Marsa historia tlenu jest dziwnie podobna do historii metanu. Metan stale unosi się w powietrzu w kraterze Gale w tak małych ilościach (średnio 0,00000004 proc.), że ledwo można go dostrzec nawet w przypadku najbardziej wrażliwych instrumentów. Mimo to został zmierzony. Pomiary wykonane przez instrument SAM ujawniły, że stężenie metanu rośnie i spada sezonowo, ale jego obfitość w miesiącach letnich zwiększa się o około 60 proc. Badacze nie wiedzą, dlaczego tak się dzieje.

Mając pod ręką nowe ustalenia dotyczące tlenu, zespół Trainer zastanawia się, czy procesy chemiczne, które napędzają sezonową zmianę stężenia metanu mogą również odpowiadać za zmiany stężenia tlenu. - Zaczynamy dostrzegać tę kuszącą korelację między metanem i tlenem. Myślę, że coś w tym jest - powiedziała Atreya.

Tlen i metan mogą być wytwarzane zarówno biologicznie (na przykład przez drobnoustroje), jak i abiotycznie (z procesów chemicznych związanych z wodą i skałami). Naukowcy rozważają wszystkie opcje, chociaż nie mają przekonujących dowodów na aktywność biologiczną na Marsie. Łazik Curiosity nie ma instrumentów, które mogłyby ostatecznie stwierdzić, czy źródło metanu lub tlenu na Marsie jest biologiczne czy geologiczne. Choć wyjaśnienia niebiologiczne są bardziej prawdopodobne.

Naukowcy w kropce

Zespół Trainer uznał marsjańską glebę za źródło dodatkowego tlenu pojawiającego się wiosną. Gleba na Czerwonej Planecie jest bogata w związki takie jak nadtlenek wodoru i nadchlorany. Eksperyment przeprowadzony dekady temu jeszcze na lądownikach misi Viking pokazał, że ciepło i wilgotność mogą uwalniać tlen z marsjańskiej gleby. Ale ten eksperyment odbył się w innych warunkach i nie wyjaśnia między innymi spadku tlenu. Naukowcy obecnie nie mają zadowalających wyjaśnień zaobserwowanych wahań stężenia zarówno tlenu, jak i metanu.

- Jak dotąd nie wymyśliliśmy jednego procesu, który produkuje potrzebną ilość tlenu, ale uważamy, że musi to być coś w glebie powierzchniowej, która zmienia się wraz z porami roku - powiedział Timothy McConnochie z University of Maryland w College Park, współautor publikacji.

Instrument SAM będzie nadal mierzył gazy atmosferyczne, aby naukowcy mieli bardziej szczegółowe dane do analizy. Trainer i jej zespół mają nadzieję, że inni eksperci włączą się w próby rozwiązania zagadki tlenu na Marsie. - Dla mnie jest to otwarte wezwanie do wszystkich inteligentnych ludzi, którzy są tym zainteresowani: pokaż, co możesz wymyślić – zaznaczyła Trainer.

 

Źródło: NASA