Υπάρχουν Μυστηριωδώς Μεγάλες Ποσότητες Μεθανίου στον Άρη
Εάν θέλετε να ανιχνεύσετε ζωή σε άλλο πλανήτη, αναζητήστε βιοδείκτες—φασματοσκοπικές υπογραφές χημικών ουσιών που προδίδουν τη δραστηριότητα των ζωντανών όντων. Και μάλιστα μπορεί να έχουμε ήδη βρει έναν βιοδείκτη. Το 2003 αστρονόμοι με βάση τη Γη έπιασαν ματιές μεθανίου στην ατμόσφαιρα του Άρη. Η ανακάλυψη ήταν αρχικά αμφιλεγόμενη, τόσο πολύ που οι ίδιοι οι ανακαλύψεις απέφυγαν να τη δημοσιεύσουν. Αλλά εμείς οι δυο μας και οι συνάδελφοί μας επιβεβαιώσαμε πρόσφατα την παρουσία μεθανίου χρησιμοποιώντας το ρόβερ Curiosity της NASA. Είναι η πιο απτή απόδειξη που έχουμε συλλέξει ποτέ ότι μπορεί να μην είμαστε μόνοι στο σύμπαν.
Σχεδόν ανεξάρτητα από το πού προέρχεται το μεθάνιο, είναι μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη. Εάν ρίξετε ένα μόριο μεθανίου στην ατμόσφαιρα του Άρη, θα επιβίωνε περίπου 300 χρόνια - τόσος χρόνος, κατά μέσο όρο, θα χρειαζόταν για την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία και άλλα αέρια του Άρη για να καταστρέψουν το μόριο. Δικαιολογημένα, η ατμόσφαιρα του Άρη θα έπρεπε να είχε καθαριστεί από το μεθάνιο πριν από αιώνες. Έτσι, το μεθάνιο που βλέπουμε πρέπει να προέρχεται είτε από μια πηγή που παράγει μεθάνιο σήμερα είτε από μια υπόγεια δεξαμενή που εκπέμπει μεθάνιο που παράγεται κάποτε στο παρελθόν. Στη Γη, το 95 τοις εκατό του μεθανίου είναι βιολογικής προέλευσης. Η κατηγορία των βακτηρίων που είναι γνωστή ως μεθανογόνα τρέφεται με οργανική ύλη και εκκρίνει μεθάνιο. Πληθαίνουν τους υγροτόπους του πλανήτη μας, οι οποίοι αντιπροσωπεύουν σχεδόν το ένα τέταρτο του μεθανίου που υπάρχει στην ατμόσφαιρα της Γης παγκοσμίως. Τα βακτήρια του εντέρου των αγελάδων είναι οι δεύτεροι μεγαλύτεροι παραγωγοί. Είναι η πιθανότητα μικροβιακής ζωής που έχει ωθήσει την αναζήτηση μεθανίου στον Άρη.
Αλλά ακόμα κι αν το μεθάνιο εκεί προέρχεται από γεωλογικές διεργασίες, θα μας έδινε έναν βαθύ νέο σεβασμό για αυτό που εξωτερικά μοιάζει με έναν γεωλογικά νεκρό κόσμο. Το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί από τη γεωχημική διαδικασία της σερπεντινοποίησης, η οποία είναι ευρέως διαδεδομένη στον φλοιό της Γης, ειδικά σε θερμούς και θερμούς υδροθερμικούς αεραγωγούς στον πυθμένα του ωκεανού, γνωστές ως Lost City and Black Smokers. Αυτή η διαδικασία απαιτεί μια πηγή γεωλογικής θερμότητας καθώς και υγρού νερού. Τυχαίνει να είναι δύο βασικά συστατικά της ζωής, επίσης.
Το μυστήριο δεν είναι μόνο ότι βλέπουμε μεθάνιο ενώ δεν πρέπει. Είναι επίσης ότι, κατά μία έννοια, βλέπουμε πάρα πολλά από αυτό. Η αφθονία του μεθανίου στον Άρη ποικίλλει δραματικά σε τοποθεσία και χρόνο, υπονοώντας όχι μόνο μια άγνωστη πηγή, αλλά και μια άγνωστη καταβόθρα. Η παραλλαγή ήταν εμφανής στις πρώτες ανιχνεύσεις από τηλεσκόπια στη Χαβάη και τη Χιλή, που αναφέρθηκαν από τον αστρονόμο της NASA Michael Mumma σε μια συνάντηση του Τμήματος Πλανητικών Επιστημών το 2003. Το επόμενο έτος, ο Vittorio Formisano του Ινστιτούτου Διαπλανητικής Διαστημικής Φυσικής στη Ρώμη και Η ομάδα του (συμπεριλαμβανομένου ενός από εμάς, του Atreya) δημοσίευσε ευρήματα από το τροχιακό Mars Express της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Όπως η Mumma, η ομάδα του Formisano παρατήρησε διακυμάνσεις στην αφθονία μεθανίου, αν και οι τιμές που μετρήθηκαν από το Mars Express ήταν πολύ χαμηλότερες, περίπου 15 μέρη ανά δισεκατομμύριο κατ' όγκο (ppbv) παγκόσμιος μέσος όρος. Συγκριτικά, η αφθονία μεθανίου στη Γη είναι 1875 ppbv. (Οι συγκεντρώσεις αερίου συνήθως μετρώνται από τον όγκο που καταλαμβάνει ένα αέριο, σε αντίθεση με τη μάζα του.)
Και οι δύο ομάδες παρατηρήσεων αναζήτησαν το υπέρυθρο φασματικό αποτύπωμα του μεθανίου στο ηλιακό φως που αντανακλάται από την ατμόσφαιρα του Άρη. Οι επίγειες τηλεσκοπικές παρατηρήσεις κοίταξαν έξω από τον αέρα της ίδιας της Γης, ο οποίος περιέχει επίσης μεθάνιο, επομένως η ανάλυση έπρεπε να διαχωρίσει τα σήματα μεθανίου του Άρη και της γης. Αν και τα τροχιακά δεδομένα δεν υπέφεραν από αυτό το πρόβλημα, είχαν τους δικούς τους συγχυτικούς παράγοντες, όπως η παρουσία άλλων αερίων με επικαλυπτόμενες φασματικές γραμμές στην ίδια περιοχή. Και οι δύο ομάδες ήταν πολύ προσεκτικές, αλλά οι παρατηρήσεις τους παραμένουν αμφιλεγόμενες μέχρι σήμερα.
Για να επιλύσει το ζήτημα, η NASA αποφάσισε το 2004 να αφιερώσει ένα όργανο στην αποστολή του Εργαστηρίου Επιστημών του Άρη (με το ρόβερ της, Curiosity) στο ζήτημα του μεθανίου. Το πακέτο οργάνων Sample Analysis at Mars (SAM), που κατασκευάστηκε και λειτουργούσε από μια ομάδα με επικεφαλής τον Paul Mahaffy της NASA, περιελάμβανε ένα ρυθμιζόμενο φασματόμετρο λέιζερ (TLS). Το TLS εκτελεί μια επιτόπια μέτρηση του μεθανίου σε έναν καλά καθορισμένο ατμοσφαιρικό όγκο γνωστής θερμοκρασίας και πίεσης. Το όργανο καταπίνει πρώτα τον αέρα του Άρη σε ένα κελί μεγέθους περίπου ενός φλιτζάνι καφέ. Στη συνέχεια εκτοξεύει ένα υπέρυθρο λέιζερ στο αέριο για να δει πόσο φως απορροφάται. Το λέιζερ σαρώνει σε μήκη κύματος για να αναζητήσει το χαρακτηριστικό δακτυλικό αποτύπωμα του μεθανίου και άλλων αερίων. Από μόνο του, το TLS μπορεί να μετρήσει το μεθάνιο σε περίπου 2 ppbv. Για να επιτύχει ακόμη υψηλότερες ευαισθησίες, το SAM ρέει αργά το προσλαμβανόμενο αέριο πάνω από μια ένωση που απομακρύνει το κυρίαρχο αέριο διοξειδίου του άνθρακα, εμπλουτίζοντας έτσι τα σήματα μεθανίου και μειώνοντας την αβεβαιότητα της μέτρησης σε περίπου 0,1 ppbv. Στη Γη, η τεχνική TLS χρησιμοποιείται από τη δεκαετία του 1980 και παρήγαγε τις πρώτες αερομεταφερόμενες μετρήσεις δεξαμενών χλωρίου στην τρύπα του όζοντος, την αναλογία δευτερίου-υδρογόνου στα σύννεφα κίρρου και μετρήσεις μεθανίου σε πολλές τοποθεσίες.
Το όργανο έχει μια πιθανή πηγή σφάλματος. Τις εβδομάδες πριν από την εκτόξευση, είναι φυσιολογικό ένα διαστημόπλοιο και τα όργανά του να εκτίθενται στον αέρα της Γης κατά τη διάρκεια της δοκιμής συναρμολόγησης και των εργασιών εκτόξευσης στον τόπο εκτόξευσης. Στην περίπτωσή μας, ο προοπτικός θάλαμος του οργάνου (μέσα από τον οποίο περνά η δέσμη λέιζερ πριν εισέλθει στον θάλαμο δείγματος) έλαβε μια μικρή ποσότητα αέρα από τη Φλόριντα που περιείχε μεθάνιο της Γης. Αντισταθμίζουμε αυτή τη μόλυνση λαμβάνοντας κάθε μέτρηση στον Άρη τρεις φορές. Αρχικά, αντλούμε όλο τον αέρα του Άρη, έτσι ώστε ο θάλαμος δείγματος να είναι κενό. Με αυτόν τον τρόπο, το μόνο μεθάνιο που θα μετρήσουμε θα είναι ο λαθρεπιβάτης της Φλόριδας. Στη συνέχεια, αφήνουμε τον αέρα του Άρη και μετράμε ξανά. Τέλος, αδειάζουμε ξανά το θάλαμο δείγματος και μετράμε για άλλη μια φορά. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να απομονώσουμε και να αφαιρέσουμε τους ρύπους της Γης. Επιπλέον, δεν έχουμε δει κανένα σημάδι διαρροής από τον προοπτικό θάλαμο κατά τη διάρκεια των ετών στον Άρη. Επειδή η επίδραση των ρύπων παραμένει σταθερή, δεν μπορούν να εξηγήσουν καμία παραλλαγή που παρατηρούμε.
Το όργανό μας ξεκίνησε τη δουλειά του όταν το ρόβερ Curiosity προσγειώθηκε στον κρατήρα Gale στον Άρη τον Αύγουστο του 2012. Σε μια περίοδο τριών ετών στην επιφάνεια του Άρη, το TLS-SAM γενικά παρατήρησε χαμηλά επίπεδα φόντου (περίπου 0,5 ppbv). Τα επίπεδα του φόντου ταλαντώθηκαν με τις εποχές του Άρη, που ήταν η πρώτη φορά που οποιαδήποτε μέτρηση μεθανίου στον Άρη έδειξε επαναληψιμότητα. Αυτό το μεθάνιο υποβάθρου θα μπορούσε να προέρχεται από κομήτες και μετεωρίτες που πέφτουν περιοδικά στον Άρη. Ή θα μπορούσε να προέρχεται από διαπλανητικά σωματίδια σκόνης που πετούν προς την επιφάνεια του Άρη, φέρνοντας οργανικό υλικό που η υπεριώδης ακτινοβολία του ήλιου διασπά σε μεθάνιο. Το εποχιακό μοτίβο φαίνεται να συσχετίζεται με τη ροή υπεριώδους φωτός που φτάνει στην επιφάνεια και θα μας πει πολλά για την παράδοση οργανικού υλικού στην επιφάνεια του Άρη.
Παραδόξως, κατά τη διάρκεια μιας μόνο δίμηνης περιόδου, τέσσερις διαδοχικές παρατηρήσεις ανέφεραν μια αιχμή 7 ppbv. Αυτές οι τιμές ήταν πολύ υψηλές για να εξηγηθούν με κομήτες, μετεωρίτες ή σκόνη. Πρέπει να ήταν αρειανής προέλευσης — ίσως ένα ρέψιμο από μια σχετικά μικρή και εντοπισμένη υπόγεια πηγή στα βόρεια του σημείου προσγείωσης. Οι αρειανοί άνεμοι θα έδιωχναν αυτό το μεθάνιο για αρκετούς μήνες, εξηγώντας γιατί το σήμα εξαφανίστηκε όταν εξαφανίστηκε. Εναλλακτικά, αυτός ο παλμός θα μπορούσε να προέρχεται από μια μακρινή και πολύ μεγαλύτερη πηγή, κάτι που θα απαιτούσε κάποιον άλλο άγνωστο μηχανισμό για την γρήγορη απομάκρυνση του μεθανίου. Όπως και οι προηγούμενες παρατηρήσεις των λοφίων, οι αιχμές που παρατηρήθηκαν από το Curiosity παραμένουν μια δελεαστική ένδειξη για έναν ακόμα αινιγματικό Άρη.
Τα δεδομένα μεθανίου έδειξαν ότι ο Άρης είναι πράγματι ενεργός και έχει τη δυνατότητα να φιλοξενεί παλαιότερη ή παρούσα μικροβιακή ζωή. Ωστόσο, πολλά παζλ παραμένουν, που δείχνουν πώς οποιοσδήποτε πιθανός βιοδείκτης που βλέπουμε θα απαιτεί πάντα σχολαστική εργασία παρακολούθησης. Το ExoMars Trace Gas Orbiter της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, το οποίο έφτασε στον Άρη τον περασμένο μήνα, περιλαμβάνει ισχυρά όργανα για την ανίχνευση του μεθανίου, κοιτάζοντας είτε κατευθείαν κάτω είτε στο άκρο του πλανήτη όταν φωτίζεται από τον ήλιο. Το ζεύγος των μεθόδων μπορεί να μετρήσει πώς η αφθονία ποικίλλει ανάλογα με το υψόμετρο και κατανέμεται σε ολόκληρο τον πλανήτη. Καθώς το Curiosity συνεχίζει τις μετρήσεις του κοντά στην επιφάνεια με το ExoMars να κοιτάζει από ψηλά, θα είμαστε σε θέση να απαντήσουμε στο ερώτημα:Σε ποιο βαθμό οι μετρήσεις των ρόβερ είναι αντιπροσωπευτικές για ολόκληρο τον πλανήτη; Και τότε μπορούμε να αρχίσουμε να καταλαβαίνουμε αν μοιραζόμαστε το ηλιακό μας σύστημα με τα μικρόβια του Άρη.
Ο Sushil K. Atreya είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Michigan στο Ann Arbor και διακεκριμένος επισκέπτης επιστήμονας στο Jet Propulsion Laboratory στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. Ειδικός στην προέλευση και την εξέλιξη των πλανητικών ατμοσφαιρών, έχει εργαστεί σε αποστολές Voyager, Galileo, Cassini-Huygens, Venus Express, Mars Express, Mars Science Laboratory και Juno.
Ο Christopher R. Webster είναι ο διευθυντής του Εργαστηρίου Microdevices στο Εργαστήριο Jet Propulsion στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. Έχει πρωτοστατήσει στην ανάπτυξη συντονίσιμων φασματόμετρων λέιζερ για μπαλόνια, αεροσκάφη και διαστημόπλοια. Έχει ηγηθεί πάνω από 500 αεροσκαφών και 20 αποστολών με μπαλόνια σε μεγάλο ύψος για μελέτες Γης, που οδήγησαν στην επιλογή του φασματόμετρου του για το ρόβερ Mars Curiosity.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Nautilus Cosmos, τον Νοέμβριο του 2016.
ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΤΕ:Ο θρυλικός μοντέρ Walter Murch μας λέει τι συνέβη μετά την ανακάλυψη του Ουρανού.
