الميثان المريخي يحير العلماء: اكتشاف كيوريوسيتي روفر المفاجئ

اكتشف كيوريوسيتي روفر التابع لناسا وجود غاز الميثان في حفرة غيل على سطح المريخ، وهو اكتشاف مفاجئ لأنه لا توجد علامات على وجود حياة على الكوكب. ويستكشف العلماء المصادر الجيولوجية والأنماط الموسمية لهذه الانبعاثات، حيث تظهر مستويات الميثان تقلبات غير عادية وتختفي خلال النهار. (مفهوم الفنان.) الائتمان: SciTechDaily.com

قد تساعد ورقة بحثية حديثة في تفسير سبب وجود مختبر كيميائي متنقل ناساقامت المركبة الفضائية كيوريوسيتي باستمرار باستنشاق آثار الغاز بالقرب من سطح حفرة غيل.

إن الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة من مركبة Curiosity Mars Rover التابعة لناسا – وهو أن غاز الميثان يتسرب من سطح Gale Crater – قد جعل العلماء في حيرة من أمرهم.

تنتج الكائنات الحية معظم غاز الميثان الموجود على الأرض. لكن العلماء لم يعثروا على علامات مقنعة لوجود حياة حالية أو قديمة المريخوبالتالي لم أتوقع العثور على غاز الميثان هناك. ومع ذلك، فإن مختبر الكيمياء المحمول على متن كيوريوسيتي، والمعروف باسم SAM، أو تحليل العينات في المريخ، يشم باستمرار آثار الغاز بالقرب من سطح حفرة غيل، وهو المكان الوحيد على سطح المريخ حيث تم اكتشاف غاز الميثان حتى الآن. ويفترض العلماء أن مصدرها المحتمل هو آليات جيولوجية تتضمن المياه والصخور في أعماق الأرض.

تمثل منطقة Quisquiro الملحية المليئة بالبحيرات المالحة في منطقة ألتيبلانو بأمريكا الجنوبية نوع المناظر الطبيعية التي يعتقد العلماء أنها ربما كانت موجودة في Gale Crater على المريخ، والتي تستكشفها مركبة Curiosity Rover التابعة لناسا. الائتمان: مكسيم بوشاروف

لو كانت هذه هي القصة بأكملها، لكانت الأمور سهلة. ومع ذلك، فقد وجدت SAM أن الميثان يتصرف بطرق غير متوقعة في حفرة غيل. يظهر في الليل ويختفي في النهار. وهو يتقلب موسميا، وأحيانا يرتفع إلى مستويات أعلى 40 مرة من المعتاد. والمثير للدهشة أن الميثان أيضًا لا يتراكم في الغلاف الجوي: وكالة الفضاء الأوروبية (ESA). وكالة الفضاء الأوروبيةلم تكتشف مركبة ExoMars Trace Gas Orbiter، التي أُرسلت إلى المريخ خصيصًا لدراسة الغاز الموجود في الغلاف الجوي، أي غاز ميثان.

لماذا تكتشف بعض الأدوات العلمية غاز الميثان على الكوكب الأحمر بينما لا تكتشفه أجهزة أخرى؟

قال أشوين فاسافادا Ashwin Vasavada، عالم مشروع كيوريوسيتي في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا، والذي يقود مهمة كيوريوسيتي: “إنها قصة بها الكثير من التقلبات في الحبكة”.

يُبقي الميثان علماء المريخ مشغولين بالعمل المعملي ومشاريع النمذجة الحاسوبية التي تهدف إلى تفسير سبب تصرف الغاز بشكل غريب ولا يتم اكتشافه إلا في حفرة غيل. شاركت مجموعة أبحاث تابعة لوكالة ناسا مؤخرًا اقتراحًا مثيرًا للاهتمام.

هذه عينة من الثرى المريخي الوهمي، وهو عبارة عن “تربة” مصنوعة من الصخور والغبار المكسور. إنها واحدة من خمس عينات قام العلماء بحقنها بتركيزات مختلفة من ملح يسمى بيركلورات منتشر على نطاق واسع على سطح المريخ. وقاموا بتعريض كل عينة لظروف شبيهة بالمريخ في غرفة محاكاة المريخ في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. تظهر الكتل الهشة في العينة أعلاه أن ختم الملح لم يتشكل في هذه العينة لأن تركيز الملح كان منخفضًا جدًا. حقوق الصورة: ناسا/ألكسندر بافلوف

الإبلاغ في ورقة مارس في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الكواكباقترحت المجموعة أن الميثان – بغض النظر عن كيفية إنتاجه – يمكن أن يُحتجز تحت الملح المتصلب الذي قد يتشكل في الثرى المريخي، وهو “تربة” مصنوعة من الصخور والغبار المكسور. عندما ترتفع درجة الحرارة خلال المواسم الأكثر دفئًا أو أوقات اليوم، مما يضعف الختم، يمكن أن يتسرب الميثان.

بقيادة ألكساندر بافلوف، عالم الكواكب في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند، يشير الباحثون إلى أن الغاز يمكن أن ينفجر أيضًا على شكل نفث عندما تتشقق الأختام تحت ضغط، على سبيل المثال، مركبة جوالة بحجم سيارة دفع رباعي صغيرة تسير فوقها. . وقال بافلوف إن فرضية الفريق قد تساعد في تفسير سبب اكتشاف غاز الميثان فقط في Gale Crater، نظرًا لأنه أحد مكانين على المريخ حيث يتجول الروبوت ويحفر السطح. (والآخر هو Jezero Crater، حيث تعمل المركبة الجوالة Perseverance التابعة لناسا، على الرغم من أن هذه المركبة لا تحتوي على أداة للكشف عن غاز الميثان.)

هذه الصورة هي لعينة أخرى من “تربة” المريخ الوهمية بعد إزالتها من غرفة محاكاة المريخ. السطح محكم الغلق بقشرة صلبة من الملح. وجد ألكسندر بافلوف وفريقه أن الختم يتكون بعد أن أمضت العينة ما بين ثلاثة إلى 13 يومًا في ظل ظروف شبيهة بالمريخ، وذلك فقط إذا كان تركيز ملح البيركلورات فيها يتراوح بين 5% إلى 10%. يكون اللون أفتح في المنتصف حيث تم خدش العينة باستخدام معول معدني. يشير اللون الفاتح إلى وجود تربة أكثر جفافًا أسفل الطبقة العليا، والتي امتصت الرطوبة من الهواء بمجرد إزالة العينة من غرفة المحاكاة، وتحولت إلى اللون البني. حقوق الصورة: ناسا/ألكسندر بافلوف

يتتبع بافلوف أصل هذه الفرضية إلى تجربة غير ذات صلة قادها في عام 2017، والتي تضمنت زراعة الكائنات الحية الدقيقة في التربة الصقيعية المريخية (التربة المجمدة) الممزوجة بالملح، مثل الكثير من التربة الصقيعية المريخية.

اختبر بافلوف وزملاؤه ما إذا كانت البكتيريا المعروفة باسم الهالوفيلات، والتي تعيش في بحيرات المياه المالحة وغيرها من البيئات الغنية بالأملاح على الأرض، يمكن أن تزدهر في ظروف مماثلة على المريخ.

وقال إن نتائج نمو الميكروبات أثبتت أنها غير حاسمة، لكن الباحثين لاحظوا شيئًا غير متوقع: شكلت الطبقة العليا من التربة قشرة ملحية مع تصاعد الجليد المالح، وتحوله من مادة صلبة إلى غاز وترك الملح وراءه.

الجليد الدائم على المريخ والأرض

وقال بافلوف: “لم نفكر كثيرًا في الأمر في الوقت الحالي”، لكنه يتذكر قشرة التربة في عام 2019، عندما اكتشف مطياف الليزر القابل للضبط الخاص بـ SAM انفجارًا لغاز الميثان لا أحد يستطيع أن يفسر.

قال بافلوف: “عندها خطرت الفكرة في ذهني”. وذلك عندما بدأ هو وفريقه في اختبار الظروف التي يمكن أن تشكل وتكسر الأختام الملحية الصلبة.

شرعت كيوريوسيتي في الإجابة على السؤال: هل كان لدى المريخ الظروف البيئية المناسبة لدعم أشكال الحياة الصغيرة التي تسمى الميكروبات؟ في وقت مبكر من مهمتها، عثرت أدوات كيوريوسيتي العلمية على أدلة كيميائية ومعدنية لبيئات صالحة للسكن في الماضي على المريخ. ويواصل استكشاف السجل الصخري من وقت كان من الممكن أن يكون فيه المريخ موطنًا للحياة الميكروبية. الائتمان: ناسا

اختبر فريق بافلوف خمس عينات من التربة الصقيعية الممزوجة بتركيزات مختلفة من ملح يسمى بيركلورات المنتشر على نطاق واسع على سطح المريخ. (من المحتمل ألا يكون هناك تربة صقيعية في حفرة غيل اليوم، ولكن من الممكن أن تكون الأختام قد تشكلت منذ فترة طويلة عندما كانت غيل أكثر برودة وأكثر جليدية.) وقام العلماء بتعريض كل عينة لدرجات حرارة وضغط هواء مختلفين داخل غرفة محاكاة المريخ في ناسا غودارد.

وبشكل دوري، قام فريق بافلوف بحقن النيون، وهو نظير للميثان، تحت عينة التربة وقام بقياس ضغط الغاز تحتها وفوقها. يشير الضغط المرتفع أسفل العينة إلى أن الغاز كان محصورًا. في النهاية، تم تشكيل الختم في ظل ظروف شبيهة بالمريخ في غضون ثلاثة إلى 13 يومًا فقط في العينات التي تحتوي على تركيز 5٪ إلى 10٪ من البيركلورات.

وهذا تركيز ملح أعلى بكثير مما قاسته كيوريوسيتي في حفرة غيل. لكن الثرى هناك غني بنوع مختلف من معادن الملح تسمى الكبريتات، والتي يريد فريق بافلوف اختبارها بعد ذلك لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم أيضًا تشكيل الأختام.

وصلت المركبة كيوريوسيتي إلى منطقة يُعتقد أنها تشكلت عندما كان مناخ المريخ يجف.

يعد تحسين فهمنا لعمليات توليد الميثان وتدميره على المريخ توصية رئيسية من مراجعة كبار مهمة ناسا الكوكبية لعام 2022والعمل النظري مثل عمل بافلوف أمر بالغ الأهمية لهذا الجهد. ومع ذلك، يقول العلماء إنهم بحاجة أيضًا إلى قياسات أكثر اتساقًا لغاز الميثان.

تشم شركة SAM غاز الميثان عدة مرات فقط في السنة لأنها مشغولة بالقيام بوظيفتها الأساسية المتمثلة في حفر عينات من السطح وتحليل تركيبها الكيميائي.

قال تشارلز ماليسبين، الباحث الرئيسي في SAM، من جامعة جودارد: “إن تجارب الميثان تتطلب موارد كثيفة، لذا يجب علينا أن نكون إستراتيجيين للغاية عندما نقرر إجراؤها”.

ومع ذلك، يقول العلماء إن اختبار عدد المرات التي ترتفع فيها مستويات الميثان، على سبيل المثال، سيتطلب جيلًا جديدًا من الأدوات السطحية التي تقيس غاز الميثان بشكل مستمر من العديد من المواقع عبر المريخ.

وقال فاسافادا: “يجب ترك بعض أعمال الميثان للمركبات الفضائية السطحية المستقبلية التي تركز بشكل أكبر على الإجابة على هذه الأسئلة المحددة”.

المرجع: “تكوين واستقرار أختام التربة المالحة في ظروف شبيهة بالمريخ. “الآثار المترتبة على تقلبات الميثان على المريخ” بقلم ألكسندر أ. بافلوف، وجيمس جونسون، وراؤول جارسيا سانشيز، وأرييل سيغيلنيتسكي، وكريس جونسون، وجيفري ديفيس، وسكوت جوزيويتش، وبرابهاكار ميسرا، 09 مارس 2024، مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الكواكب.
دوى: 10.1029/2023JE007841

تم بناء الفضول بواسطة مختبر الدفع النفاث، والتي يديرها معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كاليفورنيا. يقود مختبر الدفع النفاث المهمة نيابة عن مديرية المهام العلمية التابعة لناسا في واشنطن.