像幽灵一样:科学家接近解释激动人心的火星甲烷之谜

美国宇航局的好奇心罗孚检查车轮

这张照片是在2017年3月19日拍摄的,由火星手镜头成像仪相机在美国宇航局的好奇路虎手臂上。该图像有助于使命团队成员检查好奇心的六个轮子的状况。信用:NASA / JPL-CALTECH / MSSS

为什么某些科学仪器检测红色行星上的气体,而其他科学仪器则没有?

火星甲烷检测报告已成为迷人的科学家和非科学家。在地球上,大量的甲烷由微生物产生,可帮助大多数牲畜消化植物。这种消化过程以牲畜呼出或将气体扔到空气中。

虽然火星上没有牛、羊或山羊,但在那里发现甲烷令人兴奋,因为这可能意味着微生物曾经或现在生活在这颗红色星球上。然而,甲烷可能与微生物或任何其他生物都没有关系;yabo124包括岩石、水和热的相互作用的地质过程也会产生它。

在识别火星上的甲烷来源之前,科学家必须解决一个问题,这一直啃着它们:为什么有些乐器检测到别人的时候?美国宇航局的好奇罗弗例如,美国已经反复检测到甲烷就在盖尔陨石坑的表面。但是ESA(欧洲航天局)的ExoMars微量气体轨道飞行器没有在火星大气中检测到任何甲烷。

好奇心的尘土飞扬的自拍照

2018年6月15日,美国宇航局“好奇号”探测器在火星上执行任务的第2082天,拍摄了这张自拍。一场沙尘暴降低了探测器所在位置的阳光和能见度,该位置位于德卢斯钻探点。信用:NASA / JPL-CALTECH / MSSS

“当微量气体探测器是在2016年,我完全预计飞行器团队报告,火星上到处都是少量的甲烷,”克里斯·韦伯斯特说,铅可调谐激光光谱仪(TLS)仪的样品分析火星(SAM)化学实验室在好奇心探测车。yabovip2021

在大脑陨石坑的平均水平,TLS在甲烷中测量了少于每十亿分中的一半。这相当于关于在奥运大小的游泳池中稀释的少量盐。这些测量通过令人振奋的尖峰标点,最高可达20亿磅的体积。

“但是当欧洲球队宣布它没有看到甲烷时,我肯定会震惊,”韦伯斯特是南加州南加州南部北美航空航天局的喷射推进实验室。

欧洲轨道飞行器被设计成测量整个地球上甲烷和其他气体的黄金标准。与此同时,“好奇号”的TLS非常精确,它将被用于国际空间站的火灾预警探测,并用于跟踪太空服中的氧气水平。它还被许可用于发电厂、输油管道和战斗机上,飞行员可以通过口罩监测氧气和二氧化碳水平。

好奇心火星流动站漂流云

2019年5月7日,美国宇航局的好奇号探测器捕捉到了这些漂浮的云,这是该任务的第2400个火星日。好奇号用它的黑白导航摄像机拍下了这张照片。来源:美国国家航空航天局/姓名

尽管如此,韦伯斯特和SAM团队还是对欧洲轨道飞行器的发现感到震惊,并立即着手检查TLS在火星上的测量结果。

一些专家建议流动站本身正在释放天然气。“所以我们看着漫游者的指向,地面,岩石的破碎,车轮退化 - 你称之为它,”韦伯斯特说。“我不能夸大球队在看着每一个细节的努力,以确保这些测量是正确的,而且它们是。”

韦伯斯特和他的团队今天(6月29日,2021年6月29日)报道了他们的结果天文学和天体物理学杂志。

2019年,“好奇号”科学团队的另一名成员、多伦多约克大学(York University)的行星科学家约翰·e·摩尔斯(John E. Moores)发布了一项有趣的预测。“我采用了一些同事所说的加拿大人的观点,也就是说,我问了这样一个问题:‘如果好奇号和微量气体轨道飞行器都是正确的呢?”摩尔说。

摩尔斯,以及其他研究盖尔陨石坑风型的好奇号团队成员,假设甲烷测量之间的差异归结为他们采取的一天。因为它需要很多功率,因为​​没有其他好奇心仪器正在运作的情况下,TLS主要在晚上运行。马尔蒂安氛围在晚上很平静,摩尔人指出,所以从地面渗透的甲烷在靠近表面的靠近,好奇心可以检测到它。

另一方面,痕量气体轨道器需要阳光针对表面上方3英里或5公里的甲烷定位。“星球表面附近的任何氛围都经过一天的循环,”摩尔人说。随着温暖的空气升起和凉爽的空气水槽,来自阳光的热量将气氛搅拌。因此,在夜间附近狭窄的甲烷在白天混合到更广泛的大气中,这将其稀释至未检测到的水平。“所以我意识到没有任何乐器,特别是一个轨道,会看到任何东西,”马尔斯说。

立即,好奇心团队决定通过收集第一高精度白天测量来测试泊泊的预测。TLS在一个火星日的过程中连续测量甲烷,用两个白天测量括起一个夜间测量。随着每个实验,山姆在火星空气中吸入了两个小时,连续去除二氧化碳,这占球氛围的95%。这留下了甲烷的浓缩样品,即通过多次通过红外激光束可以容易地测量TLS,其调谐为使用被甲烷吸收的精确波长的光。

“约翰预测甲烷在白天应该有效地降至零,我们的两个日间测量结果证实,Sam的主要调查员Paul Mahaffy表示,Sam的Paul Mahaffy表示,他们是马里兰州Greenbelt的Gengbelt的戈达德太空飞行中心。TLS'夜间测量整洁地适合团队已经建立的平均水平。“所以这是让睡觉这种大差异的一种方式,”马赫菲说。

虽然这项研究表明,盖尔陨石坑表面的甲烷浓度一整天都在上升和下降,但科学家还没有解决火星上的全球甲烷谜题。甲烷是一种稳定的分子,在被太阳辐射撕裂之前,预计可以在火星上存活大约300年。如果甲烷不断地从所有类似的陨石坑中渗出,科学家们认为这可能是由于盖尔号似乎在地质上并不独特,那么大气中应该有足够的甲烷积累,以便微量气体轨道器探测到。科学家们怀疑在不到300年的时间里有什么东西在破坏甲烷。

实验正在进行测试Martian气氛中灰尘引起的非常低水平的电力放电是否可以破坏甲烷,或者在它达到高层大气之前迅速破坏甲烷的丰富氧气。

“我们需要确定是否有一个较快的破坏机制,而不是正常,以完全协调来自流动站和轨道器的数据集,”韦伯斯特表示。

Reference: “Day-night differences in Mars methane suggest nighttime containment at Gale crater” by Christopher R. Webster, Paul R. Mahaffy, Jorge Pla-Garcia, Scot C. R. Rafkin, John E. Moores, Sushil K. Atreya, Gregory J. Flesch, Charles A. Malespin, Samuel M. Teinturier, Hemani Kalucha, Christina L. Smith, Daniel Viúdez-Moreiras and Ashwin R. Vasavada, 29 June 2021,天文学和天体物理学
0004 - 6361/202040030 DOI: 10.1051 /

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