Per la prima volta nella storia dell'esplorazione spaziale, gli scienziati hanno misurato i cambiamenti stagionali nei gas che riempiono l'aria direttamente sopra la superficie del cratere Gale su Marte. Di conseguenza, notarono qualcosa di sconcertante:ossigeno, il gas che molte creature della Terra usano per respirare, si comporta in un modo che finora gli scienziati non possono spiegare attraverso alcun processo chimico noto.

Nel corso di tre anni marziani (o quasi sei anni terrestri) uno strumento nel laboratorio di chimica portatile Sample Analysis at Mars (SAM) all'interno del ventre del rover Curiosity della NASA ha inalato l'aria del cratere Gale e ne ha analizzato la composizione. I risultati sputati da SAM hanno confermato la composizione dell'atmosfera marziana in superficie:95% in volume di anidride carbonica (CO ₂ ), 2,6% di azoto molecolare (N ₂ ), 1,9% di argon (Ar), 0,16% di ossigeno molecolare (O ₂ ), e 0,06% di monossido di carbonio (CO). Hanno anche rivelato come le molecole nell'aria marziana si mescolano e circolano con i cambiamenti della pressione dell'aria durante tutto l'anno. Questi cambiamenti sono causati quando CO ₂ il gas gela sui poli in inverno, abbassando così la pressione dell'aria attraverso il pianeta dopo la ridistribuzione dell'aria per mantenere l'equilibrio della pressione. Quando CO ₂ evapora in primavera e in estate e si mescola su Marte, aumenta la pressione dell'aria.

All'interno di questo ambiente, gli scienziati hanno scoperto che l'azoto e l'argon seguono uno schema stagionale prevedibile, crescente e calante della concentrazione nel cratere Gale durante tutto l'anno rispetto a quanta CO ₂ è nell'aria. Si aspettavano che l'ossigeno facesse lo stesso. Ma non è stato così. Anziché, la quantità di gas nell'aria è aumentata durante la primavera e l'estate fino al 30%, e poi è sceso di nuovo ai livelli previsti dalla chimica nota in autunno. Questo schema si ripeteva ogni primavera, sebbene la quantità di ossigeno aggiunta all'atmosfera variasse, implicando che qualcosa lo stesse producendo e poi portandolo via.

"La prima volta che l'abbiamo visto, era solo sbalorditivo, " disse Sushil Atreya, professore di scienze climatiche e spaziali presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor. Atreya è coautore di un articolo su questo argomento pubblicato il 12 novembre su Giornale di ricerca geofisica:pianeti.

Non appena gli scienziati hanno scoperto l'enigma dell'ossigeno, Gli esperti di Marte si sono messi al lavoro per cercare di spiegarlo. Per prima cosa hanno controllato due volte e tre volte l'accuratezza dello strumento SAM utilizzato per misurare i gas:lo spettrometro di massa a quadrupolo. Lo strumento andava bene. Hanno considerato la possibilità che CO ₂ o acqua (H ₂ O) le molecole potrebbero aver rilasciato ossigeno quando si sono disgregate nell'atmosfera, portando all'aumento di breve durata. Ma ci vorrebbe cinque volte più acqua sopra Marte per produrre l'ossigeno in più, e CO ₂ si rompe troppo lentamente per generarlo in così poco tempo. E la diminuzione dell'ossigeno? La radiazione solare potrebbe aver scomposto le molecole di ossigeno in due atomi che sono stati spazzati via nello spazio? No, gli scienziati hanno concluso, poiché ci vorrebbero almeno 10 anni prima che l'ossigeno scompaia attraverso questo processo.

"Stiamo lottando per spiegarlo, " ha detto Melissa Allenatore, uno scienziato planetario presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland che ha condotto questa ricerca. "Il fatto che il comportamento dell'ossigeno non sia perfettamente ripetibile in ogni stagione ci fa pensare che non sia un problema che ha a che fare con la dinamica atmosferica. Deve essere una fonte chimica e un pozzo di cui non possiamo ancora tenere conto".

Agli scienziati che studiano Marte, la storia dell'ossigeno è curiosamente simile a quella del metano. Il metano è costantemente nell'aria all'interno del cratere Gale in quantità così piccole (0,0000004% in media) che è appena percettibile anche dagli strumenti più sensibili su Marte. Ancora, è stato misurato dallo spettrometro laser sintonizzabile di SAM. Lo strumento ha rivelato che mentre il metano sale e scende stagionalmente, aumenta in abbondanza di circa il 60% nei mesi estivi per motivi inspiegabili. (Infatti, anche il metano aumenta in modo casuale e drammatico. Gli scienziati stanno cercando di capire perché.)

Con le nuove scoperte sull'ossigeno in mano, Il team di formatori si sta chiedendo se una chimica simile a quella che sta guidando le naturali variazioni stagionali del metano possa guidare anche quella dell'ossigeno. Almeno ogni tanto, i due gas sembrano fluttuare in tandem.

"Stiamo iniziando a vedere questa allettante correlazione tra metano e ossigeno per buona parte dell'anno marziano, " Ha detto Atreya. "Penso che ci sia qualcosa in esso. Non ho ancora le risposte. Nessuno fa."

Ossigeno e metano possono essere prodotti sia biologicamente (da microbi, per esempio) e abioticamente (dalla chimica relativa all'acqua e alle rocce). Gli scienziati stanno considerando tutte le opzioni, anche se non hanno prove convincenti di attività biologica su Marte. Curiosity non dispone di strumenti che possano dire con certezza se la fonte del metano o dell'ossigeno su Marte sia biologica o geologica. Gli scienziati si aspettano che le spiegazioni non biologiche siano più probabili e stanno lavorando diligentemente per comprenderle appieno.

La squadra dell'allenatore ha considerato il suolo marziano come una fonte di ossigeno extra primaverile. Dopotutto, è noto per essere ricco di elemento, sotto forma di composti quali acqua ossigenata e perclorati. Un esperimento sui lander vichinghi ha dimostrato decenni fa che il calore e l'umidità potevano rilasciare ossigeno dal suolo marziano. Ma quell'esperimento ebbe luogo in condizioni molto diverse dall'ambiente primaverile marziano, e non spiega la caduta di ossigeno, tra gli altri problemi. Anche altre possibili spiegazioni non tornano per ora. Per esempio, radiazioni ad alta energia del suolo potrebbero produrre O . extra ₂ nell'aria, ma ci vorrebbe un milione di anni per accumulare abbastanza ossigeno nel suolo per giustificare la spinta misurata in una sola primavera, i ricercatori riferiscono nel loro articolo.

"Non siamo ancora stati in grado di elaborare un processo che produca la quantità di ossigeno di cui abbiamo bisogno, ma pensiamo che debba essere qualcosa nel suolo superficiale che cambia stagionalmente perché non ci sono abbastanza atomi di ossigeno disponibili nell'atmosfera per creare il comportamento che vediamo, " disse Timothy McConnochie, assistente ricercatore presso l'Università del Maryland a College Park e un altro coautore dell'articolo.

L'unico veicolo spaziale precedente con strumenti in grado di misurare la composizione dell'aria marziana vicino al suolo erano i lander gemelli Viking della NASA, che arrivò sul pianeta nel 1976. Gli esperimenti Viking coprirono solo pochi giorni marziani, anche se, quindi non potevano rivelare i modelli stagionali dei diversi gas. Le nuove misurazioni SAM sono le prime a farlo. Il team SAM continuerà a misurare i gas atmosferici in modo che gli scienziati possano raccogliere dati più dettagliati durante ogni stagione. Intanto, L'allenatore e il suo team sperano che altri esperti di Marte lavoreranno per risolvere il mistero dell'ossigeno.

"Questa è la prima volta in cui vediamo questo comportamento interessante per più anni. Non lo capiamo completamente, " Trainer ha detto. "Per me, questo è un appello aperto a tutte le persone intelligenti là fuori che sono interessate a questo:guarda cosa puoi inventare."