Perché alcuni strumenti scientifici rilevano il gas sul Pianeta Rosso mentre altri no?

I rapporti sui rilevamenti di metano su Marte hanno affascinato scienziati e non scienziati. Sulla terra, una quantità significativa di metano è prodotta dai microbi che aiutano la maggior parte del bestiame a digerire le piante. Questo processo di digestione termina con il bestiame che espira o erutta il gas nell'aria.

Mentre non ci sono bestiame, pecora, o capre su Marte, trovare metano lì è eccitante perché potrebbe implicare che i microbi fossero, o sono, vivere sul Pianeta Rosso. Il metano non potrebbe avere nulla a che fare con i microbi o con qualsiasi altra biologia, però; processi geologici che coinvolgono l'interazione delle rocce, acqua, e anche il calore può produrlo.

Prima di identificare le fonti di metano su Marte, gli scienziati devono risolvere una domanda che li tormenta:perché alcuni strumenti rilevano il gas mentre altri no? Il rover Curiosity della NASA, ad esempio, ha ripetutamente rilevato metano proprio sopra la superficie del cratere Gale. Ma l'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea) non ha rilevato alcun metano più alto nell'atmosfera marziana.

"Quando il Trace Gas Orbiter è salito a bordo nel 2016, Mi aspettavo che il team dell'orbiter mi riferisse che c'è una piccola quantità di metano ovunque su Marte, " ha detto Chris Webster, capo dello strumento Tunable Laser Spectrometer (TLS) nel laboratorio chimico Sample Analysis at Mars (SAM) a bordo del rover Curiosity.

Il TLS ha misurato in media meno della metà per miliardo di volume di metano nel cratere Gale. Equivale a circa un pizzico di sale diluito in una piscina olimpionica. Queste misurazioni sono state punteggiate da picchi sconcertanti fino a 20 parti per miliardo di volume.

"Ma quando il team europeo ha annunciato di non aver visto metano, Ero decisamente scioccato, " ha detto Webster, che ha sede presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California.

L'orbiter europeo è stato progettato per essere il gold standard per misurare il metano e altri gas su tutto il pianeta. Allo stesso tempo, Il TLS di Curiosity è così preciso, sarà utilizzato per il rilevamento tempestivo degli incendi sulla Stazione Spaziale Internazionale e per il monitoraggio dei livelli di ossigeno nelle tute degli astronauti. È stato anche concesso in licenza per l'uso nelle centrali elettriche, su oleodotti, e negli aerei da combattimento, dove i piloti possono monitorare i livelli di ossigeno e anidride carbonica nelle loro maschere.

Ancora, Webster e il team SAM sono stati scossi dalle scoperte dell'orbita europea e hanno immediatamente iniziato a esaminare le misurazioni TLS su Marte.

Alcuni esperti hanno suggerito che il rover stesso stesse rilasciando il gas. "Quindi abbiamo esaminato le correlazioni con il puntamento del rover, il terreno, lo schiacciamento delle rocce, il degrado della ruota - lo chiami, " Webster ha detto. "Non posso sopravvalutare lo sforzo che il team ha messo nel guardare ogni piccolo dettaglio per assicurarsi che le misurazioni siano corrette, e loro sono."

Webster e il suo team hanno riportato i loro risultati oggi nel Astronomia e astrofisica rivista.

Mentre il team SAM lavorava per confermare i suoi rilevamenti di metano, un altro membro del team scientifico di Curiosity, lo scienziato planetario John E. Moores della York University di Toronto, ha pubblicato una previsione intrigante nel 2019. "Ho preso quella che alcuni dei miei colleghi chiamano una visione molto canadese di questo, nel senso che ho posto la domanda:'E se Curiosity e Trace Gas Orbiter fossero entrambi giusti?'", ha detto Moores.

Moore, così come altri membri del team Curiosity che studiano i modelli del vento nel cratere Gale, ipotizzato che la discrepanza tra le misurazioni del metano si riduca all'ora del giorno in cui vengono effettuate. Perché ha bisogno di molta potenza, TLS funziona principalmente di notte quando nessun altro strumento Curiosity funziona. L'atmosfera marziana è calma di notte, Moores ha notato, quindi il metano che fuoriesce dal terreno si accumula vicino alla superficie dove Curiosity può rilevarlo.

L'orbita del gas traccia, d'altra parte, richiede la luce solare per individuare il metano a circa 3 miglia, o 5 chilometri, sopra la superficie. "Qualsiasi atmosfera vicino alla superficie di un pianeta attraversa un ciclo durante il giorno, " disse Moores. Il calore del Sole agita l'atmosfera mentre l'aria calda sale e l'aria fredda scende. il metano che è confinato vicino alla superficie di notte viene mescolato nell'atmosfera più ampia durante il giorno, che lo diluisce a livelli non rilevabili. "Così ho realizzato nessuno strumento, soprattutto uno orbitante, vedrebbe qualsiasi cosa, " ha detto Moore.

Subito, il team di Curiosity ha deciso di testare la previsione di Moores raccogliendo le prime misurazioni diurne ad alta precisione. TLS ha misurato il metano consecutivamente nel corso di un giorno marziano, mettendo a confronto una misurazione notturna con due diurne. Con ogni esperimento, SAM ha risucchiato aria marziana per due ore, rimuovendo continuamente l'anidride carbonica, che costituisce il 95% dell'atmosfera del pianeta. Questo ha lasciato un campione concentrato di metano che TLS potrebbe facilmente misurare facendo passare un raggio laser a infrarossi attraverso di esso molte volte, uno che è sintonizzato per utilizzare una precisa lunghezza d'onda della luce che viene assorbita dal metano.

"John ha predetto che il metano dovrebbe effettivamente scendere a zero durante il giorno, e le nostre due misurazioni diurne hanno confermato che, " ha detto Paul Mahaffy, il ricercatore principale di SAM, che ha sede presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. La misurazione notturna di TLS rientrava perfettamente nella media che il team aveva già stabilito. "Quindi questo è un modo per mettere a tacere questa grande discrepanza, " disse Mahaffy.

Sebbene questo studio suggerisca che le concentrazioni di metano aumentano e diminuiscono durante il giorno sulla superficie del cratere Gale, gli scienziati devono ancora risolvere il puzzle globale del metano su Marte. Il metano è una molecola stabile che dovrebbe durare su Marte per circa 300 anni prima di essere distrutta dalla radiazione solare. Se il metano fuoriesce costantemente da tutti i crateri simili, che gli scienziati sospettano sia probabilmente dato che Gale non sembra essere geologicamente unico, abbastanza di esso dovrebbe essersi accumulato nell'atmosfera per essere rilevato dal Trace Gas Orbiter. Gli scienziati sospettano che qualcosa stia distruggendo il metano in meno di 300 anni.

Sono in corso esperimenti per verificare se scariche elettriche di bassissimo livello indotte dalla polvere nell'atmosfera marziana possano distruggere il metano, o se l'abbondante ossigeno sulla superficie marziana distrugga rapidamente il metano prima che possa raggiungere l'alta atmosfera.

"Dobbiamo determinare se esiste un meccanismo di distruzione più veloce del normale per riconciliare completamente i set di dati dal rover e dall'orbiter, " ha detto Webster.