Misteri Mars baru yang 'membingungkan' dari Curiosity: oksigen

Mesin beroda yang rumit pada permukaan berbatu, berpasir merah muda-oranye, dengan anotasi.

Potret diri terbaru Curiosity NASA di Mars, digabungkan dari 57 gambar individu yang diambil oleh akameradi ujung lengan robot Curiosity pada 11 Oktober 2019 (Sol 2.553). Gambar melaluiNASA/JPL-Caltech/MSSS. Penasaran dengan potret diri Curiosity? Inicerita di balik mereka.


Kehadiran metana di atmosfer Mars telah menjadi teka-teki yang menarik bagi para ilmuwan planet. Itu karena, di Bumi, metana terkait dengan kehidupan, tetapi juga dapat diproduksi secara geologis. Beberapa data terbaik tentang metana Mars berasal dariPenjelajah rasa ingin tahu, yang mendarat di Mars setelah turun dengan berani melalui atmosfer pada Agustus 2012. Sekarang Curiosity telah membuat penemuan menarik lainnya: oksigen di lokasi rover berperilaku dengan cara yang belum dijelaskan oleh proses atmosfer atau kimia apa pun yang diketahui. Tingkat gas meningkat lebih banyak di musim semi dan musim panas daripada yang diperkirakan, mirip dengan yang masih misteriusmetana. Pertanyaan besarnya, tentu saja, adalahmengapa?

yang membingungkanditinjau oleh rekan sejawathasilnya hanyaditerbitkanpada 12 November 2019, edisiJurnal Penelitian Geofisika: Planet.


Sushil Atreya, profesor ilmu iklim dan ruang angkasa di University of Michigan, mengatakan:

Pertama kali kami melihatnya, itu hanya membingungkan.

Jadi apa yang terjadi?

Kalender bulan ForVM 2020 tersedia! Mereka membuat hadiah besar. Pesan sekarang. Pergi cepat!


Bagan dengan bagian berwarna dan teks penjelasan.

Variasi musiman kadar oksigen di Kawah Gale dari 2012-2017. Sejauh ini, para ilmuwan belum dapat menjelaskan perubahan ini. Gambar melalui Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard/NASA.

Curiosity menganalisis komposisi udara diKawah Galeselama tiga tahun Mars (sekitar enam tahun Bumi), menggunakan Analisis Sampel di Mars (SAM) laboratorium kimia portabel. Hasilnya cukup banyak seperti yang diharapkan, dan diketahui selama bertahun-tahun: 95% karbon dioksida (CO2), 2,6% molekul nitrogen (N2), 1,9% argon (Ar), 0,16% molekul oksigen (O2), dan 0,06% karbon. monoksida (CO). (Metana biasanya dalam jumlah yang jauh lebih kecil, rata-rata sekitar 0,00000004%).

Nitrogen dan argon cenderung mengikuti pola yang dapat diprediksi setiap tahun, meningkat dan menurun relatif terhadap berapa banyak karbon dioksida yang ada. Hal ini terkait dengan perubahan tekanan udara sepanjang tahun, karena karbon dioksida membeku sebagai salju dan es di atas kutub planet selama musim dingin, yang menurunkan tekanan udara. Tekanan udara naik lagi ketika karbon dioksida menguap di musim semi dan musim panas.

Di sinilah menjadi aneh. Para ilmuwan telah memperkirakan bahwa oksigen akan mengikuti pola yang sama seperti nitrogen dan argon, tetapi ternyata tidak. Tingkat oksigen meningkat lebih banyak di musim semi dan musim panas – sebanyak 30% – dan kemudian turun kembali ke tingkat normal, dan bahkan di bawah, pada musim gugur. Proses yang sama ini diamati oleh Curiosity setiap musim semi dan musim panas di Mars.


Jadi apa penjelasan yang mungkin? Para peneliti telah mempertimbangkan beberapa kemungkinan, tetapi tidak satupun dari mereka menjelaskan semua hasil.

Apakah ada masalah dengan lab SAM? Para peneliti memeriksa tetapi instrumennya baik-baik saja dan berfungsi dengan baik.

Bisakah karbon dioksida atau molekul air melepaskan oksigen ketika mereka pecah di atmosfer karena radiasi matahari? Mungkin tidak, karena dibutuhkan lima kali lebih banyak uap air daripada yang ada untuk menghasilkan jumlah oksigen yang diamati. Karbon dioksida akan pecah terlalu lambat untuk menghasilkan jumlah oksigen yang sama selama periode waktu yang singkat.

Adapun penurunan oksigen yang terlihat kemudian, mungkinkah itu disebabkan oleh radiasi matahari yang memecah molekul oksigen? Tidak, karena itu akan menjadi proses yang lebih lambat, memakan waktu hingga 10 tahun.


Para ilmuwan yang terlibat juga berpikir itu tidak mungkin disebabkan hanya oleh pola sirkulasi atmosfer. BerdasarkanPelatih Melissa, seorang ilmuwan planet di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA (GFSC) yang memimpin penelitian:

Kami berjuang untuk menjelaskan ini. Fakta bahwa perilaku oksigen tidak dapat diulang secara sempurna setiap musim membuat kita berpikir bahwa itu bukan masalah yang berkaitan dengan dinamika atmosfer. Pasti ada sumber dan wastafel kimia yang belum bisa kita pertanggungjawabkan.

SebagaiTimothy McConnochie, asisten ilmuwan peneliti di University of Maryland, juga mencatat:

Kami belum dapat menemukan satu proses yang menghasilkan jumlah oksigen yang kami butuhkan, tetapi kami pikir itu pasti sesuatu di permukaan tanah yang berubah secara musiman karena tidak ada cukup atom oksigen yang tersedia di atmosfer untuk membuat perilaku yang kita lihat.

Grafik dengan titik-titik berwarna pada kurva seperti gelombang sinus, dengan teks penjelasan.

Diagram yang menunjukkan siklus musiman metana yang terdeteksi oleh penjelajah Curiosity di Kawah Gale. Metana juga bervariasi dalam konsentrasi setiap hari dan juga musiman. Gambar melalui NASA/JPL-Caltech/Program Eksplorasi Mars.

Makalah itu sendiri membahas lebih detail tentang masing-masing hipotesis ini dan bagaimana tidak satupun dari mereka yang menjelaskan hasilnya sejauh ini. Belumsesuatumenghasilkan lebih banyak oksigen selama bulan-bulan yang lebih hangat daripada yang seharusnya. Menariknya, baik oksigen dan metana telah diamati berfluktuasi seperti ini secara bersamaan setidaknya pada beberapa kesempatan, menunjukkan mungkin ada sumber yang sama. Seperti yang juga dicatat Atreya:

Kami mulai melihat korelasi yang menggiurkan antara metana dan oksigen untuk sebagian besar tahun Mars. Saya pikir ada sesuatu untuk itu. Saya hanya belum memiliki jawabannya. Tidak ada yang melakukannya.

Di Bumi, memiliki oksigen dan metana bersama-sama dianggap sebagaibiosignature, karena mereka cenderung saling menghancurkan kecuali jika mereka terus diproduksi danmengalir ke atmosferdengan tarif yang relatif tinggi. Karena itu, kedua gas tersebut dikatakan dalam keadaanketidakseimbangan termodinamika.

Sejauh ini, sebagian besar oksigen dan metana di Bumi dihasilkan oleh dan/atau dikonsumsi oleh kehidupan. Mungkinkah itu benar-benar yang terjadi di Mars? Atau masih ada beberapa kimia lain yang tidak diketahui yang terjadi? NSData rasa ingin tahumenunjukkan bahwa tingkat metana latar belakang menurun pada saat yang sama dengan tingkat oksigen yang terjadi pada paruh terakhir setiap tahun, meskipun oksigen meningkat lagi di awal tahun daripada metana, dan lebih bervariasi dari tahun ke tahun. Namun, 'lonjakan' metana yang lebih besar yang dilihat oleh Curiosity, juga terjadi selama periode waktu yang sama dengan peningkatan oksigen di musim semi. Apa artinya semua ini belum jelas, dan studi lebih lanjut akan diperlukan.

Wanita muda berkacamata di depan rumput dan bangunan.

Melissa Trainer di Goddard Spaceflight Center (GFSC), yang memimpin penelitian baru. Gambar melaluiNASA/GFSC.

Jika memang ada korelasi antara oksigen dan metana di Mars, itubisamenjadi biosignature yang potensial. Apenelitian sebelumnyapada tahun 2014 olehShawn Domagal-Goldmandari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA menemukan bahwa sementara oksigen dan metana sendiri kadang-kadang dapat diciptakan oleh proses non-biologis, di planet ekstrasurya misalnya, tetapi menemukan mereka bersama-sama akan menjadi biosignature yang lebih meyakinkan:

Namun, penelitian kami memperkuat argumen bahwa metana dan oksigen bersama-sama, atau metana dan ozon bersama-sama, masih merupakan tanda kehidupan yang kuat. Kami mencoba sangat, sangat keras untuk membuat sinyal positif palsu untuk kehidupan, dan kami menemukan beberapa, tetapi hanya untuk oksigen, ozon, atau metana sendiri.

Fluktuasi aneh pada tingkat oksigen di Kawah Gale – dengan kemungkinan hubungan dengan fluktuasi dan lonjakan metana – adalah misteri baru yang menarik bagi para ilmuwan Mars untuk dicoba dan dipecahkan. Seperti yang dirangkum oleh Pelatih:

Ini adalah pertama kalinya kami melihat perilaku menarik ini selama beberapa tahun. Kami tidak sepenuhnya memahaminya. Bagi saya, ini adalah panggilan terbuka untuk semua orang pintar di luar sana yang tertarik dengan ini: Lihat apa yang bisa Anda temukan.

Intinya: Penjelajah Curiosity NASA telah mendeteksi peningkatan dan penurunan yang tidak biasa pada tingkat oksigen di udara di Kawah Gale. Dalam beberapa hal ini mirip dengan fluktuasi metana, dan bahkan mungkin berhubungan.

Sumber: Variasi musiman dalam komposisi atmosfer yang diukur di Kawah Gale, Mars

Melalui NASA