Το ExoMars εντόπισε αέριο στην Αριανή ατμόσφαιρα

Το Trace Gas Orbiter (TGO) μελετά τον Κόκκινο Πλανήτη από τροχιά για πάνω από δύο χρόνια. Η αποστολή στοχεύει στην κατανόηση του μείγματος αερίων που συνθέτουν την Αρειανή ατμόσφαιρα, με ιδιαίτερη έμφαση στο μυστήριο που περιβάλλει την παρουσία μεθανίου εκεί.

Εν τω μεταξύ, το διαστημικό σκάφος εντόπισε τώρα τις υπογραφές του όζοντος (O ₃ ) και του διοξειδίου του άνθρακα (CO ₂ ) που δεν έχουν ξαναδεί ποτέ , με βάση μια ολόκληρη πολεμική χρονιά παρατηρήσεων από το ευαίσθητο Atmospheric Chemistry Suite (ACS). Τα ευρήματα αναφέρονται σε δύο νέες δημοσιεύσεις που δημοσιεύθηκαν στο Astronomy & Astrophysics , μία με επικεφαλής τον Kevin Olsen του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης στο Ηνωμένο Βασίλειο και μια άλλη με επικεφαλής τον Alexander Trokhimovskiy του Διαστημικού Ερευνητικού Ινστιτούτου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στη Μόσχα της Ρωσίας.

«Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι τόσο αινιγματικά όσο και εκπληκτικά», λέει ο Kevin.

«Βρίσκονται πάνω από το ακριβές εύρος μήκους κύματος όπου περιμέναμε να δούμε τα ισχυρότερα σημάδια μεθανίου. Πριν από αυτήν την ανακάλυψη, το χαρακτηριστικό CO ₂ ήταν εντελώς άγνωστο και αυτή είναι η πρώτη φορά που το όζον στον Άρη εντοπίστηκε σε αυτό το μέρος του εύρους μήκους κύματος υπέρυθρων. “

Η αττική ατμόσφαιρα κυριαρχείται από το CO ₂ , το οποίο παρατηρούν οι επιστήμονες για να μετρήσουν τις θερμοκρασίες, να παρακολουθήσουν τις εποχές, να εξερευνήσουν την κυκλοφορία του αέρα και πολλά άλλα. Το όζον – το οποίο σχηματίζει ένα στρώμα στην άνω ατμόσφαιρα τόσο στον Άρη όσο και στη Γη – βοηθά στη διατήρηση της ατμοσφαιρικής χημείας σταθερή. Τόσο το CO _{2 όσο} και το όζον έχουν δει στον Άρη από διαστημικά σκάφη όπως το Mars Express της ESA , αλλά η εξαιρετική ευαισθησία του οργάνου ACS στο TGO μπόρεσε να αποκαλύψει νέες λεπτομέρειες σχετικά με το πώς αυτά τα αέρια αλληλεπιδρούν με το φως.

Παρατηρώντας το όζον στην περιοχή όπου το TGO κυνηγά για μεθάνιο είναι ένα εντελώς απρόβλεπτο αποτέλεσμα.

Οι επιστήμονες έχουν χαρτογραφήσει πώς ποικίλλει το όζον του Άρη με το υψόμετρο πριν. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, αυτό έχει πραγματοποιηθεί σε μεγάλο βαθμό μέσω μεθόδων που βασίζονται στις υπογραφές του αερίου στο υπεριώδες, μια τεχνική που επιτρέπει τη μέτρηση μόνο σε μεγάλα υψόμετρα (πάνω από 20 χλμ. Πάνω από την επιφάνεια).

Τα νέα αποτελέσματα ACS δείχνουν ότι είναι δυνατό να χαρτογραφηθεί το μαρτίνο όζον και στο υπέρυθρο, έτσι ώστε η συμπεριφορά του να ανιχνευθεί σε χαμηλότερα υψόμετρα για να χτίσει μια πιο λεπτομερή εικόνα του ρόλου του όζοντος στο κλίμα του πλανήτη.

Αναλύοντας το μυστήριο του μεθανίου

Ένας από τους βασικούς στόχους του TGO είναι η εξερεύνηση του μεθανίου. Μέχρι σήμερα, σημάδια αρειανού μεθανίου – που κατασκοπεύονται προσωρινά από αποστολές, συμπεριλαμβανομένου του Mars Express της ESA από την τροχιά και της περιέργειας Curiosity της NASA στην επιφάνεια – είναι μεταβλητά και κάπως αινιγματικά.

Ενώ παράγεται επίσης από γεωλογικές διεργασίες, το μεγαλύτερο μέρος του μεθανίου στη Γη παράγεται από τη ζωή, από βακτήρια έως ζώα και ανθρώπινη δραστηριότητα. Η ανίχνευση μεθανίου σε άλλους πλανήτες είναι επομένως εξαιρετικά συναρπαστική. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα δεδομένου ότι το αέριο είναι γνωστό ότι διαλύεται σε περίπου 400 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι οποιοδήποτε παρόν μεθάνιο πρέπει να έχει παραχθεί ή απελευθερωθεί στο σχετικά πρόσφατο παρελθόν.

«Η ανακάλυψη μιας απρόβλεπτης υπογραφής CO ₂ όπου αναζητάμε μεθάνιο είναι σημαντική», λέει ο Alexander Trokhimovskiy. «Αυτή η υπογραφή δεν μπορούσε να ληφθεί υπόψη στο παρελθόν, και ως εκ τούτου μπορεί να είχε διαδραματίσει ρόλο στην ανίχνευση μικρών ποσοτήτων μεθανίου στον Άρη».

Οι παρατηρήσεις που αναλύθηκαν από τον Αλέξανδρο, τον Κέβιν και τους συναδέλφους τους διεξήχθησαν κυρίως σε διαφορετικές χρονικές στιγμές σε εκείνους που υποστηρίζουν ανιχνεύσεις αρειανού μεθανίου. Εκτός αυτού, τα δεδομένα TGO δεν μπορούν να αντιπροσωπεύουν μεγάλες ποσότητες μεθανίου, μόνο μικρότερες ποσότητες – και έτσι, προς το παρόν, δεν υπάρχει άμεση διαφωνία μεταξύ των αποστολών. 

«Στην πραγματικότητα, εργαζόμαστε ενεργά για το συντονισμό των μετρήσεων με άλλες αποστολές», διευκρινίζει ο Kevin. «Αντί να αμφισβητούμε τυχόν προηγούμενες αξιώσεις, αυτό το εύρημα αποτελεί κίνητρο για όλες τις ομάδες να κοιτάξουν πιο κοντά – όσο περισσότερο γνωρίζουμε, τόσο πιο βαθιά και με ακρίβεια μπορούμε να εξερευνήσουμε την ατμόσφαιρα του Άρη».

Συνειδητοποιώντας τις δυνατότητες του ExoMars

Πέρα από το μεθάνιο, τα ευρήματα υπογραμμίζουν πόσο θα μάθουμε για τον Άρη ως αποτέλεσμα του προγράμματος ExoMars.

«Αυτά τα ευρήματα μας επιτρέπουν να οικοδομήσουμε μια πληρέστερη κατανόηση του πλανητικού μας γείτονα», προσθέτει ο Αλέξανδρος.

«Το όζον και το CO ₂ είναι σημαντικά στην ατμόσφαιρα του Άρη. Χωρίς να λογοδοτούμε σωστά για αυτά τα αέρια, διατρέχουμε τον κίνδυνο εσφαλμένου χαρακτηρισμού των φαινομένων ή των ιδιοτήτων που βλέπουμε. “

Επιπλέον, η εκπληκτική ανακάλυψη της νέας ζώνης CO ₂ στον Άρη, που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ ποτέ στο εργαστήριο, παρέχει συναρπαστική εικόνα για όσους μελετούν πώς τα μόρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το φως – και αναζητούν τα μοναδικά χημικά δακτυλικά αποτυπώματα αυτών των αλληλεπιδράσεων στο διάστημα .

«Μαζί, αυτές οι δύο μελέτες κάνουν ένα σημαντικό βήμα προς την αποκάλυψη των πραγματικών χαρακτηριστικών του Άρη: προς ένα νέο επίπεδο ακρίβειας και κατανόησης», λέει ο Αλέξανδρος.

Επιτυχής συνεργασία στο κυνήγι της ζωής

Όπως υποδηλώνει το όνομά του, το TGO στοχεύει να χαρακτηρίσει τυχόν ίχνη στην ατμόσφαιρα του Άρη που θα μπορούσαν να προκύψουν από ενεργές γεωλογικές ή βιολογικές διεργασίες στον πλανήτη και να προσδιορίσουν την προέλευσή τους.

Το πρόγραμμα ExoMars αποτελείται από δύο αποστολές: το TGO, το οποίο ξεκίνησε το 2016 και θα ενταχθεί από το Rosalind Franklin rover και την πλατφόρμα προσγείωσης Kazachok , που αναμένεται να απογειωθεί το 2022 . Αυτά θα πάρουν όργανα συμπληρωματικά του ACS στην επιφάνεια του Άρη, εξετάζοντας την ατμόσφαιρα του πλανήτη από διαφορετική οπτική γωνία, και θα μοιραστούν τον βασικό στόχο του προγράμματος ExoMars: να αναζητήσουν σημάδια προηγούμενης ή τωρινής ζωής στον Κόκκινο Πλανήτη.

«Αυτά τα ευρήματα είναι το άμεσο αποτέλεσμα της εξαιρετικά επιτυχημένης και συνεχιζόμενης συνεργασίας μεταξύ Ευρωπαίων και Ρώσων επιστημόνων στο πλαίσιο της ExoMars», λέει ο επιστήμονας του έργου ESA TGO Håkan Svedhem.

«Καθορίζουν νέα πρότυπα για μελλοντικές φασματικές παρατηρήσεις και θα μας βοηθήσουν να ζωγραφίσουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των ατμοσφαιρικών ιδιοτήτων του Άρη – συμπεριλαμβανομένου του πού και πότε μπορεί να βρεθεί μεθάνιο, το οποίο παραμένει βασικό ερώτημα στην εξερεύνηση του Άρη».

«Επιπλέον, αυτά τα ευρήματα θα απαιτήσουν μια διεξοδική ανάλυση όλων των σχετικών δεδομένων που έχουμε συλλέξει μέχρι σήμερα – και η προοπτική μιας νέας ανακάλυψης με αυτόν τον τρόπο είναι, όπως πάντα, πολύ συναρπαστική. Κάθε πληροφορία που αποκαλύπτεται από το ExoMars Trace Gas Orbiter σηματοδοτεί την πρόοδο προς μια πιο ακριβή κατανόηση του Άρη, και μας βάζει ένα βήμα πιο κοντά στην αποκάλυψη των παρατεταμένων μυστηρίων του πλανήτη. “

Περισσότερες πληροφορίες

« Πρώτη ανίχνευση όζοντος στα μέσα υπερύθρων στον Άρη: επιπτώσεις στην ανίχνευση μεθανίου » από τους KS Olsen et al. (2020) και « Πρώτη παρατήρηση της μαγνητικής διπολικής ζώνης απορρόφησης CO ₂ στα 3,3 μm στην ατμόσφαιρα του Άρη από το όργανο ExoMars Trace Gas Orbiter ACS » από τους A. Trokhimovskiy et al. (2020) δημοσιεύονται στο Astronomy & Astrophysics .

Οι μελέτες χρησιμοποίησαν το κανάλι Mid-InfraRed (MIR) του Atmospheric Chemistry Suite (ACS) στο ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), αναφέροντας την πρώτη παρατήρηση της ζώνης 3000–3060 cm ^-1 ozone (O ₃ ) και την ανακάλυψη της μαγνητικής διπολικής ζώνης 3300 cm ^-1 16 O ¹² C ¹⁶ O (η οποία και οι δύο επικαλύπτονται με τη ζώνη απορρόφησης 2900-33300cm ^-1 μεθανίου ν ₃ ) στον Άρη.

Το ExoMars είναι μια κοινή προσπάθεια του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και του Roscosmos.

Το όργανο ACS διευθύνεται από την κύρια ομάδα ερευνητών στο Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας (IKI) της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (RAN) στη Μόσχα της Ρωσίας, επικουρούμενη από την ομάδα Co-Principal Investigator από CNRS / LATMOS, Γαλλία και ερευνητές από άλλα κράτη μέλη της ESA.