Este gráfico muestra un ejemplo de las mediciones realizadas por el instrumento MIR Atmospheric Chemistry Suite (ACS) en el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA, con las firmas espectrales de dióxido de carbono (CO2) y ozono (O3). El panel inferior muestra los datos (azul) y un modelo de mejor ajuste (naranja). El panel superior muestra las contribuciones modeladas de una variedad de gases diferentes para este rango espectral. Las líneas más profundas provienen del vapor de agua (azul claro). La característica de O3 más fuerte (verde) está a la derecha, y aparecen distintas líneas de CO2 (grises) a la izquierda. Las ubicaciones de las características fuertes de metano (naranja) también se muestran en las contribuciones modeladas, aunque no se observa metano en los datos de TGO. Crédito:K. Olsen et al. (2020)
ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA ha detectado nuevas firmas de gas en Marte. Estos desbloquean nuevos secretos sobre la atmósfera marciana, y permitirá una determinación más precisa de si hay metano, un gas asociado con la actividad biológica o geológica, en el planeta.
El Trace Gas Orbiter (TGO) ha estado estudiando el Planeta Rojo desde la órbita durante más de dos años. La misión tiene como objetivo comprender la mezcla de gases que componen la atmósfera marciana, con un enfoque especial en el misterio que rodea la presencia de metano allí.
Mientras tanto, la nave espacial ha detectado ahora firmas nunca antes vistas de ozono (O3) y dióxido de carbono (CO 2 ), basado en un año marciano completo de observaciones de su sensible Atmospheric Chemistry Suite (ACS). Los hallazgos se informan en dos nuevos artículos publicados en Astronomía y Astrofísica , uno dirigido por Kevin Olsen de la Universidad de Oxford, Reino Unido y otro dirigido por Alexander Trokhimovskiy del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú, Rusia.
"Estas características son desconcertantes y sorprendentes, "dice Kevin.
"Se encuentran en el rango exacto de longitud de onda donde esperábamos ver los signos más fuertes de metano. Antes de este descubrimiento, El co 2 la característica era completamente desconocida, y esta es la primera vez que se identifica ozono en Marte en esta parte del rango de longitud de onda infrarroja ".
La atmósfera marciana está dominada por CO 2 , que los científicos observan para medir las temperaturas, seguimiento de temporadas, explorar la circulación del aire, y más. El ozono, que forma una capa en la atmósfera superior tanto en Marte como en la Tierra, ayuda a mantener estable la química atmosférica. Ambos CO 2 y el ozono han sido vistos en Marte por naves espaciales como Mars Express de la ESA, pero la exquisita sensibilidad del instrumento ACS en TGO pudo revelar nuevos detalles sobre cómo estos gases interactúan con la luz.
La observación de ozono en el rango donde TGO busca metano es un resultado totalmente inesperado.
Cómo se crea y destruye el metano en Marte es una cuestión importante para comprender las diversas detecciones y no detecciones de metano en Marte. con diferencias tanto en la hora como en la ubicación. Aunque constituyen una cantidad muy pequeña del inventario atmosférico general, El metano, en particular, contiene pistas clave sobre el estado actual de actividad del planeta. Este gráfico muestra algunas de las posibles formas en que se puede agregar o eliminar el metano de la atmósfera. Una posibilidad interesante es que el metano sea generado por microbios. Si está enterrado bajo tierra, este gas podría almacenarse en formaciones de hielo estructuradas en celosía conocidas como clatratos, y liberado a la atmósfera mucho más tarde. El metano también se puede generar por reacciones entre el dióxido de carbono y el hidrógeno (que, Sucesivamente, puede producirse por reacción de agua y rocas ricas en olivino), por desgasificación magmática profunda o por degradación térmica de materia orgánica antigua. De nuevo, esto podría almacenarse bajo tierra y desgasificarse a través de grietas en la superficie. El metano también puede quedar atrapado en bolsas de hielo poco profundas, como el permafrost estacional. La radiación ultravioleta puede generar metano, a través de reacciones con otras moléculas o material orgánico que ya se encuentra en la superficie, como el polvo de cometa que cae sobre Marte, y descomponerlo. Las reacciones ultravioleta en la atmósfera superior (por encima de 60 km) y las reacciones de oxidación en la atmósfera inferior (por debajo de 60 km) actúan para transformar el metano en dióxido de carbono. hidrógeno y vapor de agua, y conduce a una vida útil de la molécula de unos 300 años. El metano también se puede distribuir rápidamente por todo el planeta mediante la circulación atmosférica, diluyendo su señal y dificultando la identificación de fuentes individuales. Debido a la vida útil de la molécula al considerar los procesos atmosféricos, cualquier detección de hoy implica que se ha lanzado hace relativamente poco tiempo. Pero se han propuesto otros métodos de generación y destrucción que explican las detecciones más localizadas y también permiten una eliminación más rápida del metano de la atmósfera. más cerca de la superficie del planeta. El polvo es abundante en la atmósfera inferior por debajo de los 10 km y puede influir, junto con interacciones directamente con la superficie. Por ejemplo, una idea es que el metano se difunde o "se filtra" a través de la superficie en regiones localizadas, y se adsorbe de nuevo en el regolito superficial. Otra idea es que los fuertes vientos que erosionan la superficie del planeta permiten que el metano reaccione rápidamente con los granos de polvo. eliminando la firma del metano. Las tormentas de polvo estacionales y los remolinos de polvo también podrían acelerar este proceso. Exploración continua en Marte, desde la órbita y la superficie por igual, junto con experimentos de laboratorio y simulaciones, ayudará a los científicos a comprender mejor los diferentes procesos involucrados en la generación y destrucción de metano. Crédito:Agencia Espacial Europea
Los científicos han mapeado antes cómo varía el ozono marciano con la altitud. Hasta aquí, sin embargo, esto ha tenido lugar en gran parte a través de métodos que se basan en las firmas del gas en el ultravioleta, una técnica que solo permite la medición a grandes altitudes (más de 20 km sobre la superficie).
Los nuevos resultados de ACS muestran que es posible mapear el ozono marciano también en el infrarrojo, por lo que su comportamiento se puede probar a altitudes más bajas para construir una visión más detallada del papel del ozono en el clima del planeta.
Desentrañando el misterio del metano
Uno de los objetivos clave de TGO es explorar el metano. Hasta la fecha, Las señales de metano marciano, tentativamente espiadas por misiones como el Mars Express de la ESA desde la órbita y el rover Curiosity de la NASA en la superficie, son variables y algo enigmáticas.
Si bien también se genera por procesos geológicos, la mayor parte del metano de la Tierra es producido por la vida, desde las bacterias hasta el ganado y la actividad humana. Por lo tanto, detectar metano en otros planetas es muy emocionante. Esto es especialmente cierto dado que se sabe que el gas se degrada en unos 400 años, lo que significa que cualquier metano presente debe haber sido producido o liberado en un pasado relativamente reciente.
"Descubrir un CO imprevisto 2 la firma donde buscamos metano es significativa, ", dice Alexander Trokhimovskiy." Esta firma no se podía explicar antes, y por lo tanto puede haber jugado un papel en la detección de pequeñas cantidades de metano en Marte ".
Las observaciones analizadas por Alexander, Kevin y sus colegas se realizaron principalmente en momentos diferentes a los que apoyan las detecciones de metano marciano. Además, los datos de TGO no pueden dar cuenta de grandes columnas de metano, solo cantidades más pequeñas, por lo que en la actualidad, no hay desacuerdo directo entre misiones.
"De hecho, estamos trabajando activamente en la coordinación de mediciones con otras misiones, "aclara Kevin". En lugar de disputar cualquier afirmación anterior, este hallazgo es un motivador para que todos los equipos miren más de cerca:cuanto más sabemos, cuanto más profunda y exactamente podamos explorar la atmósfera de Marte ".
Este gráfico muestra un nuevo CO 2 característica espectral, nunca antes observado en el laboratorio, descubierto en la atmósfera marciana por el instrumento MIR Atmospheric Chemistry Suite (ACS) en el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA. El gráfico muestra la extensión total de la banda de absorción del dipolo magnético del dieciséis O 12 C dieciséis Molécula de O (uno de los diversos 'isotopólogos' de CO 2 ). El panel superior muestra los espectros ACS MIR (mostrados en negro) junto con la contribución modelada de CO 2 y H2O (mostrado en azul); el modelo se basa en la base de datos HITRAN 2016. El panel inferior muestra la diferencia entre los datos y el modelo, o residuales, revelando la estructura de la banda de absorción en detalle. Las posiciones calculadas de las líneas espectrales están marcadas con flechas, en diferentes colores correspondientes a diferentes 'ramas' de la banda de absorción (el rojo representa la rama P, verde para la rama Q y azul para la rama R). Crédito:A. Trokhimovskiy et al. (2020)
Descubriendo el potencial de ExoMars
Aparte del metano, los hallazgos resaltan cuánto aprenderemos sobre Marte como resultado del programa ExoMars.
"Estos hallazgos nos permiten construir una comprensión más completa de nuestro vecino planetario, "agrega Alejandro.
"Ozono y CO 2 son importantes en la atmósfera de Marte. Al no contabilizar estos gases adecuadamente, corremos el riesgo de caracterizar erróneamente los fenómenos o propiedades que vemos ".
Adicionalmente, el sorprendente descubrimiento del nuevo CO 2 banda en Marte, nunca antes observado en el laboratorio, proporciona una visión interesante para aquellos que estudian cómo las moléculas interactúan entre sí y con la luz, y buscan las huellas químicas únicas de estas interacciones en el espacio.
"Juntos, Estos dos estudios dan un paso significativo hacia la revelación de las verdaderas características de Marte:hacia un nuevo nivel de precisión y comprensión, "dice Alejandro.
Comparando las atmósferas de Marte y la Tierra. Crédito:Agencia Espacial Europea
Colaboración exitosa en la búsqueda de la vida
Como sugiere su nombre, el TGO tiene como objetivo caracterizar cualquier rastro de gas en la atmósfera de Marte que pueda surgir de procesos geológicos o biológicos activos en el planeta, e identificar su origen.
El programa ExoMars consta de dos misiones:TGO, que se lanzó en 2016 y se unirá al rover Rosalind Franklin y la plataforma de aterrizaje Kazachok, previsto para despegar en 2022. Estos llevarán instrumentos complementarios a ACS a la superficie marciana, examinar la atmósfera del planeta desde una perspectiva diferente, y compartir el objetivo central del programa ExoMars:buscar signos de vida pasada o presente en el Planeta Rojo.
"Estos hallazgos son el resultado directo de una colaboración enormemente exitosa y continua entre científicos europeos y rusos como parte de ExoMars, "dice el científico del proyecto TGO de la ESA, Håkan Svedhem.
"Establecieron nuevos estándares para futuras observaciones espectrales, y nos ayudará a pintar una imagen más completa de las propiedades atmosféricas de Marte, incluido dónde y cuándo se puede encontrar metano, que sigue siendo una cuestión clave en la exploración de Marte ".
"Adicionalmente, Estos hallazgos impulsarán un análisis exhaustivo de todos los datos relevantes que hemos recopilado hasta la fecha, y la perspectiva de un nuevo descubrimiento de esta manera es, como siempre, muy emocionante. Cada pieza de información revelada por el orbitador de gases de rastreo de ExoMars marca el progreso hacia una comprensión más precisa de Marte, y nos acerca un paso más a desentrañar los misterios persistentes del planeta ".
