Det mest överraskande avslöjandet från NASA:s Curiosity Mars Rover – att metan sipprar från ytan på Gale Crater – får forskare att klia sig i huvudet.
Levande varelser producerar det mesta av metanen på jorden. Men forskare har inte hittat övertygande tecken på nuvarande eller forntida liv på Mars, och förväntade sig därför inte att hitta metan där. Ändå har det bärbara kemilaboratoriet ombord på Curiosity, känt som SAM, eller Sample Analysis at Mars, ständigt nosat spår av gasen nära ytan av Gale Crater, den enda platsen på Mars yta där metan hittills har upptäckts. Dess troliga källa, antar forskare, är geologiska mekanismer som involverar vatten och stenar djupt under jorden.
Om det var hela historien skulle saker och ting vara lätta. SAM har dock funnit att metan beter sig på oväntade sätt i Gale Crater. Det dyker upp på natten och försvinner under dagen. Den fluktuerar säsongsmässigt, och ibland toppar den till nivåer 40 gånger högre än vanligt. Överraskande nog ackumuleras inte metanen heller i atmosfären:ESA:s (Europeiska rymdorganisationen) ExoMars Trace Gas Orbiter, som skickades till Mars specifikt för att studera gasen i atmosfären, har inte upptäckt någon metan.
"Det är en historia med många vändningar", säger Ashwin Vasavada, Curiositys projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, som leder Curiositys uppdrag.
Metan håller Mars-forskare sysselsatta med labbarbete och datormodelleringsprojekt som syftar till att förklara varför gasen beter sig konstigt och bara upptäcks i Gale Crater. En forskargrupp från NASA delade nyligen ett intressant förslag.
Gruppen rapporterade i ett marspapper i Journal of Geophysical Research:Planets att metan – oavsett hur det produceras – kunde förseglas under stelnat salt som kan bildas i Mars regolit, som är "jord" gjord av bruten sten och damm . När temperaturen stiger under varmare årstider eller tider på dygnet, vilket försvagar tätningen, kan metan sippra ut.
Ledd av Alexander Pavlov, en planetforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, föreslår forskarna att gasen också kan bryta ut i bloss när sälar spricker under trycket från, säg, en rover storleken på en liten SUV som kör över den. . Teamets hypotes kan hjälpa till att förklara varför metan bara detekteras i Gale Crater, sa Pavlov, eftersom det är en av två platser på Mars där en robot rör sig och borrar ytan. (Den andra är Jezero Crater, där NASA:s Perseverance rover fungerar, även om den rover inte har något metan-detekterande instrument.)
Pavlov spårar ursprunget till denna hypotes till ett icke-relaterat experiment som han ledde 2017, som involverade odling av mikroorganismer i en simulerad Mars-permafrost (frusen jord) infunderad med salt, som mycket av Mars-permafrosten är.
Pavlov och hans kollegor testade om bakterier som kallas halofiler, som lever i saltvattensjöar och andra saltrika miljöer på jorden, kunde frodas under liknande förhållanden på Mars.
Resultaten från mikrobodlingen visade sig vara osäkra, sa han, men forskarna märkte något oväntat:Det översta lagret av jord bildade en saltskorpa när salt is sublimerades, förvandlades från fast till gas och lämnade saltet kvar.
Permafrost på Mars och jorden
"Vi tänkte inte så mycket på det för tillfället", sa Pavlov, men han kom ihåg jordskorpan 2019, när SAM:s avstämbara laserspektrometer upptäckte en metanskur som ingen kunde förklara.
"Det var då det klickade i mitt sinne," sa Pavlov. Och det var då han och ett team började testa de förhållanden som kunde bildas och spricka härdade salttätningar.
Pavlovs team testade fem prover av permafrost infunderade med olika koncentrationer av ett salt som kallas perklorat som är utbrett på Mars. (Det finns sannolikt ingen permafrost i Gale Crater idag, men sälarna kunde ha bildats för länge sedan när Gale var kallare och isigare.) Forskarna exponerade varje prov för olika temperaturer och lufttryck inuti en Mars-simuleringskammare vid NASA Goddard.
Med jämna mellanrum injicerade Pavlovs team neon, en metananalog, under jordprovet och mätte gastrycket under och ovanför det. Högre tryck under provet antydde att gasen var instängd. I slutändan bildades en tätning under Mars-liknande förhållanden inom tre till 13 dagar endast i prover med 5 % till 10 % perkloratkoncentration.
Det är en mycket högre saltkoncentration än vad Curiosity har uppmätt i Gale Crater. Men regolit där är rik på en annan typ av saltmineraler som kallas sulfater, som Pavlovs team vill testa bredvid för att se om de också kan bilda tätningar.
Curiosity rover har anlänt till en region som tros ha bildats när Mars klimat torkade.
Att förbättra vår förståelse av metangenererings- och destruktionsprocesser på Mars är en viktig rekommendation från 2022 NASA Planetary Mission Senior Review, och teoretiskt arbete som Pavlovs är avgörande för denna ansträngning. Men forskare säger att de också behöver mer konsekventa metanmätningar.
SAM nosar bara efter metan flera gånger om året eftersom den annars är upptagen med att göra sitt primära jobb med att borra prover från ytan och analysera deras kemiska sammansättning.
"Metanexperiment är resurskrävande, så vi måste vara väldigt strategiska när vi bestämmer oss för att göra dem", säger Goddards Charles Malespin, huvudutredare för SAM.
Men för att testa hur ofta metannivåerna ökar, till exempel, skulle det krävas en ny generation ytinstrument som mäter metan kontinuerligt från många platser över Mars, säger forskare.
"En del av metanarbetet kommer att behöva överlåtas till framtida rymdfarkoster som är mer fokuserade på att svara på dessa specifika frågor," sa Vasavada.
Mer information: Alexander A. Pavlov et al, Formation and Stability of Salty Soil Seals in Mars-Like Conditions. Implikationer för metanvariabilitet på Mars, Journal of Geophysical Research:Planets (2024). DOI:10.1029/2023JE007841
Journalinformation: Journal of Geophysical Research
Tillhandahålls av NASA
