Чому вчених цікавить повітря в пробірках NASA з марсіанськими зразками

Прихований разом із кожним зразком каменю та ґрунту, зібраним марсоходом NASA Perseverance, є потенційним благом для вчених-атмосферників.

Марсохід NASA Perseverance Mars збирає зразки на Марсі, включно з кернами гірських порід і атмосферними газами, щоб згодом їх повернути на Землю. Ці зразки можуть дати важливе уявлення про атмосферу Марса та її еволюцію, можливо, виявивши присутність мікробного життя мільярди років тому. Зразки газу, зокрема, можуть запропонувати цінні дані про сліди газів і давній клімат планети, проводячи паралелі з історією власної атмосфери Землі та допомагаючи майбутнім пілотованим місіям на Марс.

Колекція зразків Марса

Оскільки марсохід NASA Perseverance Mars запечатує кожне кам’яне ядро ​​у свої титанові проби для зразків, дослідники атмосфери ще більше захоплюються. Ці зразки збираються для подальшої доставки на Землю в рамках кампанії повернення зразків з Марса, наразі взято двадцять чотири.

Більшість із цих зразків складаються зі скельних кернів або реголіту (уламків каміння та пилу), які можуть розкрити важливу інформацію про історію планети та про те, чи існувало мікробне життя мільярди років тому. Але деякі вчені так само в захваті від перспективи вивчення «простороду», тобто повітря в додатковій кімнаті навколо кам’яного матеріалу в трубах.

Вони хочуть дізнатися більше про марсіанську атмосферу, яка складається здебільшого з вуглекислого газу, але також може містити сліди інших газів, які могли існувати з моменту формування планети.

«Зразки повітря з Марса розкажуть нам не тільки про поточний клімат і атмосферу, але й про те, як вони змінювалися з часом», — сказала Бренді Керріер, планетолог з Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії. «Це допоможе нам зрозуміти, як змінюється клімат, відмінний від нашого».

Серед зразків, які можуть бути доставлені на Землю, є одна труба, наповнена виключно газом, що осідає на поверхні Марса, як частина депо зразків. Але набагато більше газу в колекції марсохода знаходиться всередині зразків породи. Вони унікальні, тому що газ буде взаємодіяти з скелястим матеріалом всередині труб протягом багатьох років, перш ніж зразки можна буде відкрити та проаналізувати в лабораторіях на Землі. Те, що вчені почерпнули з них, дасть зрозуміти, скільки водяної пари шириться біля поверхні Марса, один із факторів, який визначає, чому лід утворюється там, де він утворюється на планеті, і як водний цикл Марса розвивався з часом.

Порівняння слідів газів і стародавніх атмосфер

Вчені також хочуть краще зрозуміти сліди газів у повітрі на Марсі. Найбільш спокусливим для науки було б виявлення благородних газів (таких як неон, аргон і ксенон), які настільки неактивні, що, можливо, залишалися в атмосфері без змін з моменту утворення мільярди років тому. Якщо їх захопити, ці гази зможуть виявити, чи Марс виник з атмосфери. (Стародавній Марс мав набагато густішу атмосферу, ніж сьогодні, але вчені не впевнені, чи вона була там завжди, чи виникла пізніше). Є також великі питання щодо порівняння стародавньої атмосфери планети з ранньою земною.

Головний простір також надасть можливість оцінити розмір і токсичність частинок пилу — інформація, яка допоможе майбутнім астронавтам на Марсі.

«Зразки газу можуть багато чого запропонувати марсіанським вченим», — сказав Джастін Саймон, геохімік з Космічного центру імені Джонсона NASA в Х’юстоні, який входить до групи з понад десятка міжнародних експертів, які допомагають вирішити, які зразки повинен зібрати марсохід. «Навіть вченим, які не вивчають Марс, буде цікаво, оскільки це проллє світло на те, як формуються та еволюціонують планети».

Зразки повітря Аполлона

У 2021 році група планетологів, у тому числі вчені з NASA, досліджували повітря, привезене з Місяця в сталевому контейнері астронавтами Аполлона-17 приблизно 50 років тому.

«Люди вважають Місяць безповітряним, але він має дуже розріджену атмосферу, яка з часом взаємодіє з каменями місячної поверхні», — сказав Саймон, який вивчає різноманітні зразки планет у Джонсоні. «Це включає благородні гази, що витікають із внутрішніх частин Місяця та збираються на місячній поверхні».

Лабораторні методи аналізу газу

Спосіб, у який команда Саймона видобула газ для дослідження, подібний до того, що можна було б зробити зі зразками повітря Perseverance. Спочатку вони поміщають раніше не відкритий контейнер у герметичний корпус. Потім вони проткнули сталь голкою, щоб витягнути газ у холодну пастку — по суті, U-подібну трубу, яка тягнеться в рідину, як азот, з низькою температурою замерзання. Змінюючи температуру рідини, вчені захопили деякі гази з нижчими температурами замерзання на дні холодної пастки.

«У світі є, можливо, 25 лабораторій, які маніпулюють газом таким чином», — сказав Саймон. Окрім використання для вивчення походження планетарних матеріалів, цей підхід можна застосувати до газів із гарячих джерел і тих, що викидаються зі стін діючих вулканів, додав він.

Звичайно, ці джерела забезпечують набагато більше газу, ніж Perseverance у своїх пробірках для зразків. Але якщо в одній трубі недостатньо газу для конкретного експерименту, марсіанські вчені можуть об’єднати гази з кількох трубок, щоб отримати більший сукупний зразок — це ще один спосіб, завдяки якому простір над водою пропонує додаткові можливості для науки.

Марсохід NASA Perseverance

Марсохід NASA Perseverance, який є частиною місії Mars 2020, є складною мобільною лабораторією, призначеною для дослідження поверхні Марса. Запущений 30 липня 2020 року та приземлений на Марсі 18 лютого 2021 року в кратері Джезеро, Perseverance має головну місію пошуку ознак стародавнього життя та збору зразків гірських порід і реголіту (розбитої породи та ґрунту) для можливого повернення. на Землю.