Como un fantasma: los científicos están más cerca de explicar el emocionante misterio del metano de Marte

Esta foto fue tomada el 19 de marzo de 2017 por la cámara Mars Hand Lens Imager en el brazo del rover Curiosity de la NASA. La imagen ayudó a los miembros del equipo de la misión a inspeccionar el estado de las seis ruedas de Curiosity. Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS

¿Por qué algunos instrumentos científicos detectan el gas en el planeta rojo y otros no?

Los informes de detecciones de metano en Marte han cautivado a científicos y no científicos por igual. En la Tierra, los microbios que ayudan a la mayoría del ganado a digerir las plantas producen una cantidad significativa de metano. Este proceso de digestión termina cuando el ganado exhala o eructa el gas en el aire.

Si bien no hay ganado, ovejas o cabras en Marte, encontrar metano allí es emocionante porque puede implicar que los microbios vivían o viven en el Planeta Rojo. Sin embargo, el metano no podría tener nada que ver con los microbios ni con ninguna otra biología; Los procesos geológicos que involucran la interacción de rocas, agua y calor también pueden producirlo.

Antes de identificar las fuentes de metano en Marte, los científicos deben resolver una pregunta que los ha estado atormentando: ¿Por qué algunos instrumentos detectan el gas y otros no? El rover Curiosity de la NASA, por ejemplo, ha detectado repetidamente metano justo encima de la superficie del cráter Gale. Pero el ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA (la Agencia Espacial Europea) no ha detectado ningún metano más alto en la atmósfera marciana.

El rover Curiosity de la NASA tomó esta selfie el 15 de junio de 2018, que fue el día 2082o marciano, o sol, de la misión del rover. Una tormenta de polvo había reducido la luz solar y la visibilidad en la ubicación del rover, que estaba en el sitio de perforación «Duluth». Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS

«Cuando el Trace Gas Orbiter se incorporó a bordo en 2016, esperaba que el equipo del orbitador informara que hay una pequeña cantidad de metano en todas partes de Marte», dijo Chris Webster, director del instrumento Tunable Laser Spectrometer (TLS) en la muestra. Análisis en el laboratorio de química de Marte (SAM) a bordo del rover Curiosity.

El TLS ha medido menos de la mitad por mil millones en volumen de metano en promedio en el cráter Gale. Eso es equivalente a aproximadamente una pizca de sal diluida en una piscina olímpica. Estas mediciones han sido puntuadas por desconcertantes picos de hasta 20 partes por mil millones en volumen.

«Pero cuando el equipo europeo anunció que no vio metano, definitivamente me sorprendió», dijo Webster, que trabaja en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

El orbitador europeo fue diseñado para ser el estándar de oro para medir el metano y otros gases en todo el planeta. Al mismo tiempo, el TLS de Curiosity es tan preciso que se utilizará para la detección temprana de incendios en la Estación Espacial Internacional y para rastrear los niveles de oxígeno en los trajes de astronauta. También tiene licencia para su uso en centrales eléctricas, oleoductos y aviones de combate, donde los pilotos pueden controlar los niveles de oxígeno y dióxido de carbono en sus máscaras faciales.

El rover Curiosity de la NASA capturó estas nubes a la deriva el 7 de mayo de 2019, el día 2400 o sol marciano de la misión. Curiosity usó sus cámaras de navegación en blanco y negro para tomar la foto. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Aún así, Webster y el equipo de SAM se sorprendieron por los hallazgos del orbitador europeo e inmediatamente se dispusieron a escudriñar las mediciones de TLS en Marte.

Algunos expertos sugirieron que el propio rover estaba liberando gas. “Así que analizamos las correlaciones con la orientación del rover, el suelo, el aplastamiento de las rocas, la degradación de la rueda, lo que sea”, dijo Webster. «No puedo exagerar el esfuerzo que el equipo ha puesto en observar cada pequeño detalle para asegurarse de que esas medidas sean correctas, y lo son».

Webster y su equipo informaron sus resultados hoy (29 de junio de 2021) en la revista Astronomy & Astrophysics.

Mientras el equipo de SAM trabajaba para confirmar sus detecciones de metano, otro miembro del equipo científico de Curiosity, el científico planetario John E. Moores de la Universidad de York en Toronto, publicó una predicción intrigante en 2019. “Tomé lo que algunos de mis colegas llaman un muy canadiense En vista de esto, en el sentido de que hice la pregunta: ‘¿Qué pasa si Curiosity y Trace Gas Orbiter están en lo cierto?’ ”, dijo Moores.

Moores, así como otros miembros del equipo de Curiosity que estudian los patrones de viento en el cráter Gale, plantearon la hipótesis de que la discrepancia entre las mediciones de metano se reduce a la hora del día en que se toman. Debido a que necesita mucha energía, TLS funciona principalmente de noche cuando no funcionan otros instrumentos Curiosity. La atmósfera marciana está tranquila por la noche, señaló Moores, por lo que el metano que se filtra desde el suelo se acumula cerca de la superficie donde Curiosity puede detectarlo.

El Trace Gas Orbiter, por otro lado, requiere luz solar para localizar el metano a unas 3 millas, o 5 kilómetros, sobre la superficie. “Cualquier atmósfera cercana a la superficie de un planeta pasa por un ciclo durante el día”, dijo Moores. El calor del Sol agita la atmósfera a medida que el aire caliente se eleva y el aire frío se hunde. Por lo tanto, el metano que está confinado cerca de la superficie durante la noche se mezcla con la atmósfera más amplia durante el día, lo que lo diluye a niveles indetectables. “Así que me di cuenta de que ningún instrumento, especialmente uno en órbita, vería nada”, dijo Moores.

Inmediatamente, el equipo de Curiosity decidió probar la predicción de Moores recopilando las primeras mediciones diurnas de alta precisión. TLS midió el metano consecutivamente en el transcurso de un día marciano, entre corchetes una medición nocturna con dos diurnas. Con cada experimento, SAM succionó aire marciano durante dos horas, eliminando continuamente el dióxido de carbono, que constituye el 95% de la atmósfera del planeta. Esto dejó una muestra concentrada de metano que TLS podría medir fácilmente al pasar un rayo láser infrarrojo a través de él muchas veces, uno que está sintonizado para usar una longitud de onda de luz precisa que es absorbida por el metano.

«John predijo que el metano debería bajar efectivamente a cero durante el día, y nuestras dos mediciones diurnas lo confirmaron», dijo Paul Mahaffy, investigador principal de SAM, que tiene su base en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. La medición nocturna de TLS encaja perfectamente dentro del promedio que el equipo ya había establecido. «Así que esa es una manera de poner fin a esta gran discrepancia», dijo Mahaffy.

Si bien este estudio sugiere que las concentraciones de metano aumentan y disminuyen a lo largo del día en la superficie del cráter Gale, los científicos aún tienen que resolver el rompecabezas global del metano en Marte. El metano es una molécula estable que se espera que dure en Marte unos 300 años antes de ser destrozada por la radiación solar. Si el metano se filtra constantemente de todos los cráteres similares, lo que los científicos sospechan es probable dado que Gale no parece ser geológicamente único, debería haberse acumulado suficiente en la atmósfera para que el Trace Gas Orbiter lo detecte. Los científicos sospechan que algo está destruyendo el metano en menos de 300 años.

Se están realizando experimentos para probar si las descargas eléctricas de muy bajo nivel inducidas por el polvo en la atmósfera marciana podrían destruir el metano, o si el oxígeno abundante en la superficie marciana destruye rápidamente el metano antes de que pueda llegar a la atmósfera superior.

“Necesitamos determinar si existe un mecanismo de destrucción más rápido de lo normal para reconciliar completamente los conjuntos de datos del rover y el orbitador”, dijo Webster.

Referencia: «Las diferencias día-noche en el metano de Marte sugieren la contención nocturna en el cráter Gale» por Christopher R. Webster, Paul R. Mahaffy, Jorge Pla-García, Scot CR Rafkin, John E. Moores, Sushil K. Atreya, Gregory J. Flesch, Charles A. Malespin, Samuel M. Teinturier, Hemani Kalucha, Christina L. Smith, Daniel Viúdez-Moreiras y Ashwin R. Vasavada, 29 de junio de 2021, Astronomy & Astrophysics .