En ny studie avslöjar att asteroidnedslag på forntida Mars kunde ha producerat viktiga ingredienser för liv om Mars atmosfär var rik på väte. En tidig väterik atmosfär på Mars kan också förklara hur planeten förblev beboelig efter att dess atmosfär tunnat ut. Studien använde data från NASA:s Curiosity-rover på Mars och utfördes av forskare på Curiositys Sample Analysis at Mars (SAM) instrumentteam och internationella kollegor.

Dessa nyckelingredienser är nitriter (NO ₂ ) och nitrater (NO ₃ ), fasta former av kväve som är viktiga för etablering och hållbarhet av livet som vi känner det. Curiosity upptäckte dem i jord- och stenprover som den tog när den korsade Gale Crater, platsen för gamla sjöar och grundvattensystem på Mars.

För att förstå hur fixerat kväve kan ha avsatts i kratern, forskare behövde återskapa den tidiga Mars-atmosfären här på jorden. Studien, ledd av Dr. Rafael Navarro-González och hans team av vetenskapsmän vid Institute of Nuclear Sciences vid National Autonomous University of Mexico i Mexico City, använde en kombination av teoretiska modeller och experimentella data för att undersöka vilken roll väte spelar för att förändra kväve till nitriter och nitrater med hjälp av energi från asteroidnedslag. Tidningen publicerades i januari i Journal of Geophysical Research:Planeter .

I labbet, gruppen använde infraröda laserstrålepulser för att simulera de högenergichockvågor som skapades av asteroider som smäller in i atmosfären. Pulserna fokuserades i en kolv innehållande blandningar av väte, kväve och koldioxidgaser, som representerar den tidiga Mars-atmosfären. Efter lasersprängningarna, det resulterande hopkoket analyserades för att bestämma mängden bildade nitrater. Resultaten var överraskande, minst sagt.

"Den stora överraskningen var att utbytet av nitrat ökade när väte inkluderades i de laserchockade experimenten som simulerade asteroidnedslag, ", sa Navarro-González. "Detta var kontraintuitivt eftersom väte leder till en syrebrist miljö medan bildningen av nitrat kräver syre. Dock, närvaron av väte ledde till en snabbare kylning av den chockuppvärmda gasen, fånga kväveoxid, föregångaren till nitrat, vid förhöjda temperaturer där dess utbyte var högre."

Även om dessa experiment utfördes i en kontrollerad labbmiljö miljontals mil från den röda planeten, forskarna ville simulera resultaten från Curiosity med hjälp av SAM-instrumentet på rovern. SAM tar prover som borrats från sten eller östs upp från ytan av roverns mekaniska arm och bakar dem för att titta på de kemiska fingeravtrycken från de frigjorda gaserna.

"SAM on Curiosity var det första instrumentet för att detektera nitrat på Mars, sa Christopher McKay, en medförfattare till artikeln vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley. "På grund av de låga halterna av kvävgas i atmosfären, nitrat är den enda biologiskt användbara formen av kväve på Mars. Således, dess närvaro i marken är av stor astrobiologisk betydelse. Det här dokumentet hjälper oss att förstå de möjliga källorna till det nitratet."

Varför var effekterna av väte så fascinerande? Även om Mars yta är kall och ogästvänlig idag, forskare tror att en tjockare atmosfär berikad på växthusgaser som koldioxid och vattenånga kan ha värmt upp planeten tidigare. Vissa klimatmodeller visar att tillsatsen av väte i atmosfären kan ha varit nödvändig för att höja temperaturen tillräckligt för att ha flytande vatten vid ytan.

"Att ha mer väte som växthusgas i atmosfären är intressant både för Mars klimathistoria och för beboelighetens skull, sa Jennifer Stern, en planetgeokemist vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och en av studiens medutredare. "Om du har en koppling mellan två saker som är bra för beboeligheten - ett potentiellt varmare klimat med flytande vatten på ytan och en ökning av produktionen av nitrater, som är nödvändiga för livet – det är väldigt spännande. Resultaten av denna studie tyder på att dessa två saker, som är viktiga för livet, passar ihop och det ena förstärker det andras närvaro."

Även om sammansättningen av den tidiga Mars-atmosfären förblir ett mysterium, dessa resultat kan ge fler bitar för att lösa detta klimatpussel.