Questo grafico mostra un esempio delle misurazioni effettuate dallo strumento MIR Atmospheric Chemistry Suite (ACS) sull'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) dell'ESA, con le firme spettrali di anidride carbonica (CO2) e ozono (O3). Il pannello inferiore mostra i dati (blu) e un modello più adatto (arancione). Il pannello superiore mostra i contributi modellati da una varietà di gas diversi per questa gamma spettrale. Le linee più profonde provengono dal vapore acqueo (azzurro). La funzione O3 più forte (verde) è a destra, e sulla sinistra compaiono linee distinte di CO2 (grigie). Le posizioni di forti caratteristiche del metano (arancione) sono mostrate anche nei contributi modellati, sebbene il metano non sia osservato nei dati TGO. Credito:K. Olsen et al. (2020)
L'ExoMars Trace Gas Orbiter dell'ESA ha individuato nuove tracce di gas su Marte. Questi svelano nuovi segreti sull'atmosfera marziana, e consentirà una determinazione più accurata della presenza di metano, un gas associato ad attività biologica o geologica, al pianeta.
Il Trace Gas Orbiter (TGO) studia il Pianeta Rosso dall'orbita da oltre due anni. La missione mira a comprendere la miscela di gas che compongono l'atmosfera marziana, con un focus speciale sul mistero che circonda la presenza di metano lì.
Nel frattempo, il veicolo spaziale ha ora individuato firme mai viste prima di ozono (O3) e anidride carbonica (CO 2 ), sulla base di un intero anno marziano di osservazioni della sua sensibile suite di chimica atmosferica (ACS). I risultati sono riportati in due nuovi articoli pubblicati in Astronomia e astrofisica , quella guidata da Kevin Olsen dell'Università di Oxford, Regno Unito e un altro guidato da Alexander Trokhimovskiy dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa a Mosca, Russia.
"Queste caratteristiche sono allo stesso tempo sconcertanti e sorprendenti, "dice Kevin.
"Si trovano sopra l'esatto intervallo di lunghezze d'onda in cui ci aspettavamo di vedere i segni più forti di metano. Prima di questa scoperta, il CO 2 caratteristica era completamente sconosciuta, e questa è la prima volta che l'ozono su Marte è stato identificato in questa parte della gamma di lunghezze d'onda infrarosse".
L'atmosfera marziana è dominata dalla CO 2 , che gli scienziati osservano per misurare le temperature, tenere traccia delle stagioni, esplorare la circolazione dell'aria, e altro ancora. L'ozono, che forma uno strato nell'atmosfera superiore sia su Marte che sulla Terra, aiuta a mantenere stabile la chimica atmosferica. Entrambi CO 2 e l'ozono sono stati osservati su Marte da veicoli spaziali come il Mars Express dell'ESA, ma la squisita sensibilità dello strumento ACS su TGO è stata in grado di rivelare nuovi dettagli su come questi gas interagiscono con la luce.
L'osservazione dell'ozono nell'intervallo in cui TGO va a caccia di metano è un risultato del tutto imprevisto.
Il modo in cui il metano viene creato e distrutto su Marte è una domanda importante per comprendere i vari rilevamenti e non rilevamenti di metano su Marte, con differenze di tempo e luogo. Pur costituendo una quantità molto piccola dell'inventario atmosferico complessivo, il metano in particolare contiene indizi chiave sull'attuale stato di attività del pianeta. Questo grafico mostra alcuni dei possibili modi in cui il metano può essere aggiunto o rimosso dall'atmosfera. Una possibilità interessante è che il metano sia generato dai microbi. Se sepolto sottoterra, questo gas potrebbe essere immagazzinato in formazioni di ghiaccio a struttura reticolare note come clatrati, e rilasciato nell'atmosfera molto più tardi. Il metano può anche essere generato da reazioni tra anidride carbonica e idrogeno (che, a sua volta, può essere prodotto dalla reazione di acqua e rocce ricche di olivina), per degassamento magmatico profondo o per degradazione termica di materia organica antica. Ancora, questo potrebbe essere immagazzinato nel sottosuolo e degassato attraverso crepe nella superficie. Il metano può anche rimanere intrappolato in sacche di ghiaccio poco profondo, come il permafrost stagionale. La radiazione ultravioletta può sia generare metano – attraverso reazioni con altre molecole o materiale organico già in superficie, come la polvere di cometa che cade su Marte e la scompone. Reazioni ultraviolette nell'alta atmosfera (sopra i 60 km) e reazioni di ossidazione nella bassa atmosfera (sotto i 60 km) trasformano il metano in anidride carbonica, idrogeno e vapore acqueo, e porta a una vita della molecola di circa 300 anni. Il metano può anche essere rapidamente distribuito in tutto il pianeta dalla circolazione atmosferica, diluendo il suo segnale e rendendo difficile l'identificazione delle singole fonti. A causa della durata della molecola quando si considerano i processi atmosferici, qualsiasi rilevamento odierno implica che sia stato rilasciato relativamente di recente. Ma sono stati proposti altri metodi di generazione e distruzione che spiegano rilevamenti più localizzati e consentono anche una rimozione più rapida del metano dall'atmosfera, più vicino alla superficie del pianeta. La polvere è abbondante nella bassa atmosfera al di sotto dei 10 km e può svolgere un ruolo, insieme alle interazioni direttamente con la superficie. Per esempio, un'idea è che il metano si diffonda o "filtra" attraverso la superficie in regioni localizzate, e viene riassorbito nella regolite superficiale. Un'altra idea è che i forti venti che erodono la superficie del pianeta consentono al metano di reagire rapidamente con i granelli di polvere, rimuovendo la firma del metano. Anche le tempeste di polvere stagionali e i diavoli di polvere potrebbero accelerare questo processo. Continua esplorazione di Marte - dall'orbita e dalla superficie - insieme a esperimenti e simulazioni di laboratorio, aiuterà gli scienziati a comprendere meglio i diversi processi coinvolti nella generazione e distruzione del metano. Credito:Agenzia spaziale europea
Gli scienziati hanno mappato in precedenza come l'ozono marziano varia con l'altitudine. Finora, però, ciò è avvenuto in gran parte tramite metodi che si basano sulle firme del gas nell'ultravioletto, una tecnica che consente la misurazione solo ad alta quota (oltre 20 km sopra la superficie).
I nuovi risultati ACS mostrano che è possibile mappare l'ozono marziano anche nell'infrarosso, quindi il suo comportamento può essere sondato a quote più basse per costruire una visione più dettagliata del ruolo dell'ozono nel clima del pianeta.
Svelare il mistero del metano
Uno degli obiettivi chiave di TGO è esplorare il metano. Ad oggi, i segni di metano marziano, spiati provvisoriamente da missioni tra cui il Mars Express dell'ESA dall'orbita e il rover Curiosity della NASA sulla superficie, sono variabili e alquanto enigmatici.
Sebbene sia generato anche da processi geologici, la maggior parte del metano sulla Terra è prodotto dalla vita, dai batteri al bestiame e all'attività umana. Rilevare il metano su altri pianeti è quindi estremamente eccitante. Ciò è particolarmente vero dato che è noto che il gas si decompone in circa 400 anni, il che significa che il metano presente deve essere stato prodotto o rilasciato in un passato relativamente recente.
"Alla scoperta di un CO . imprevisto 2 la firma in cui andiamo a caccia di metano è significativa, " dice Alexander Trokhimovskiy. "Questa firma non poteva essere spiegata prima, e potrebbe quindi aver giocato un ruolo nel rilevamento di piccole quantità di metano su Marte".
Le osservazioni analizzate da Alexander, Kevin e colleghi sono stati per lo più eseguiti in momenti diversi da quelli che supportano i rilevamenti di metano marziano. Oltretutto, i dati TGO non possono tenere conto di grandi pennacchi di metano, solo piccole quantità, e così, attualmente, non c'è disaccordo diretto tra le missioni.
"Infatti, stiamo lavorando attivamente per coordinare le misurazioni con altre missioni, " chiarisce Kevin. "Piuttosto che contestare eventuali precedenti affermazioni, questa scoperta è una motivazione per tutti i team a guardare più da vicino:più sappiamo, più profondamente e accuratamente possiamo esplorare l'atmosfera di Marte".
Questo grafico mostra una nuova CO 2 caratteristica spettrale, mai osservato prima in laboratorio, scoperto nell'atmosfera marziana dallo strumento MIR dell'Atmospheric Chemistry Suite (ACS) sull'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) dell'ESA. Il grafico mostra l'intera estensione della banda di assorbimento del dipolo magnetico del 16 oh 12 C 16 Molecola O (uno dei vari 'isotopologhi' della CO 2 ). Il pannello superiore mostra gli spettri ACS MIR (mostrati in nero) insieme al contributo modellato di CO 2 e H2O (mostrato in blu); il modello si basa sul database HITRAN 2016. Il pannello inferiore mostra la differenza tra dati e modello, o residui, rivelando in dettaglio la struttura della banda di assorbimento. Le posizioni calcolate delle righe spettrali sono contrassegnate da frecce, in diversi colori corrispondenti a diversi "rami" della banda di assorbimento (il rosso sta per il ramo P, verde per il ramo Q e blu per il ramo R). Credito:A. Trokhimovskiy et al. (2020)
Realizzare il potenziale di ExoMars
metano a parte, i risultati evidenziano quanto impareremo su Marte come risultato del programma ExoMars.
"Questi risultati ci consentono di costruire una comprensione più completa del nostro vicino planetario, "aggiunge Alessandro.
"Ozono e CO 2 sono importanti nell'atmosfera di Marte. Non contabilizzando adeguatamente questi gas, corriamo il rischio di caratterizzare erroneamente i fenomeni o le proprietà che vediamo."
Inoltre, la sorprendente scoperta della nuova CO 2 banda su Marte, mai osservato prima in laboratorio, fornisce informazioni interessanti per coloro che studiano come le molecole interagiscono sia tra loro che con la luce e cercano le impronte chimiche uniche di queste interazioni nello spazio.
"Insieme, questi due studi fanno un passo significativo verso la rivelazione delle vere caratteristiche di Marte:verso un nuovo livello di accuratezza e comprensione, "dice Alessandro.
Confronto tra le atmosfere di Marte e della Terra. Credito:Agenzia spaziale europea
Collaborazione di successo nella caccia alla vita
Come suggerisce il nome, il TGO mira a caratterizzare eventuali tracce di gas nell'atmosfera di Marte che potrebbero derivare da processi geologici o biologici attivi sul pianeta, e identificarne l'origine.
Il programma ExoMars si compone di due missioni:TGO, che è stato lanciato nel 2016 e sarà affiancato dal rover Rosalind Franklin e dalla piattaforma di atterraggio Kazachok, che dovrebbe decollare nel 2022. Questi porteranno strumenti complementari all'ACS sulla superficie marziana, esaminando l'atmosfera del pianeta da una prospettiva diversa, e condividere l'obiettivo principale del programma ExoMars:cercare segni di vita passata o presente sul Pianeta Rosso.
"Questi risultati sono il risultato diretto di una collaborazione continua e di grande successo tra scienziati europei e russi nell'ambito di ExoMars, ", afferma Håkan Svedhem, scienziato del progetto ESA TGO.
"Hanno stabilito nuovi standard per le future osservazioni spettrali, e ci aiuterà a dipingere un quadro più completo delle proprietà atmosferiche di Marte, compreso dove e quando potrebbe esserci metano da trovare, che rimane una domanda chiave nell'esplorazione di Marte".
"Inoltre, questi risultati richiederanno un'analisi approfondita di tutti i dati rilevanti che abbiamo raccolto fino ad oggi, e la prospettiva di una nuova scoperta in questo modo è, come sempre, molto eccitante. Ogni informazione rivelata dall'ExoMars Trace Gas Orbiter segna il progresso verso una comprensione più accurata di Marte, e ci avvicina di un passo alla scoperta dei misteri persistenti del pianeta".
