Studiet av Mars 'overflate og atmosfære har låst opp noen gamle hemmeligheter. Takk til innsatsen fra Nysgjerrighet Rover og andre oppdrag, er forskere nå klar over det faktum at vann en gang strømmet på Mars og at planeten hadde en tettere atmosfære. De har også vært i stand til å utlede hva mekanikken førte til at denne atmosfæren ble utarmet, noe som gjorde den til det kalde, uttørkede miljøet vi ser der i dag.
Men på samme tid har det ført til et ganske spennende paradoks. I hovedsak antas Mars å ha hatt varmt, rennende vann på overflaten i en tid da solen var en tredjedel så varm som den er i dag. Dette ville kreve at marsatmosfæren hadde rikelig med karbondioksid for å holde overflaten varm nok. Men basert på de siste funnene fra Curiosity rover ser det ikke ut til å være tilfelle.
Disse funnene var del av en analyse av data tatt av Curiosity's Chemistry and Mineralogy X-ray Diffraction (CheMin) instrument, som har blitt brukt til å studere mineralinnholdet i boreprøver i Gale-krateret. Resultatene fra denne analysen ble nylig publisert i Fortsettelser av National Academy of Science, der forskerteamet indikerte at det ikke ble funnet spor av karbonater i noen prøver tatt fra den gamle sjøbunnen.
For å bryte det ned, bevis samlet inn av Nysgjerrighet (og en mengde andre elver, landere og omløpere) har ført til at forskere konkluderer med at Mars-overflaten for omtrent 3,5 milliarder år siden hadde innsjøer og rennende elver. De har også bestemt, takket være de mange prøvene som er tatt av Nysgjerrighet siden det landet i Gale-krateret i 2011, at dette geologiske trekket en gang var en sjøbed som gradvis ble fylt med sedimentære avsetninger.
For at Mars hadde vært varm nok til at flytende vann kunne eksistere, ville atmosfæren ha måttet inneholde en viss mengde karbondioksid - noe som ga en tilstrekkelig drivhuseffekt for å kompensere for solens reduserte varme. Siden bergprøver i Gale-krateret fungerer som en geologisk registrering for hvordan forholdene var som for milliarder av år siden, ville de sikkert inneholde rikelig med karbonatmineraler hvis dette var tilfelle.
Karbonater er mineraler som er et resultat av karbondioksid som kombineres med positivt ladede ioner (som magnesium og jern) i vann. Siden disse ionene har vist seg å være i god forsyning i prøver av Marsberg, og påfølgende analyse har vist at forholdene aldri ble sure til det punktet at karbonatene ville ha oppløst, er det ingen åpenbar grunn til at de ikke ville dukke opp .
Sammen med teamet hans beregnet Thomas Bristow - hovedetterforsker for CheMin-instrumentet for nysgjerrighet - hva minimumsmengden av atmosfærisk karbondioksid ville trenge å være, og hvordan dette ville blitt indikert av nivåene av karbonat som finnes i Marsbergarter i dag. De sorterte deretter gjennom årene verdt CheMin-instrumentets data for å se om det var noen indikasjoner på disse mineralene.
Men som han forklarte i en fersk pressemelding fra NASA, oppdaget rett og slett ikke funnene:
"Vi har blitt spesielt slått av fraværet av karbonatmineraler i sedimentær bergart som roveren har undersøkt. Det ville være veldig vanskelig å få i seg flytende vann selv om det var hundre ganger mer karbondioksid i atmosfæren enn det mineralbeviset i berget forteller oss. ”
Til slutt kunne Bristow og teamet hans ikke engang finne spormengder karbonater i steinprøvene de analyserte. Selv om bare noen få titalls millibars karbondioksid hadde vært til stede i atmosfæren da en innsjø eksisterte i Gale-krateret, ville den ha produsert nok karbonater til at Curiosity CheMin kunne oppdage. Dette siste funnet gir et paradoks som har plaget Mars-forskere i flere år.
I utgangspunktet har forskere bemerket at det er et alvorlig avvik mellom hva overflateegenskaper indikerer om Mars 'fortid, og hva kjemisk og geologisk bevis har å si. Ikke bare er det nok av bevis på at planeten hadde en tettere atmosfære i det siste, mer enn fire tiår med orbital avbildning (og årverdige overflatedata) har gitt rikelig geomorfologisk bevis på at Mars en gang hadde overflatevann og en aktiv hydrologisk syklus.
Imidlertid kjemper forskere fortsatt med å produsere modeller som viser hvordan det marsiske klimaet kunne ha opprettholdt de typer forhold som er nødvendige for at dette skulle ha vært tilfelle. Den eneste vellykkede modellen hittil har vært en der atmosfæren inneholdt en betydelig mengde CO2 og hydrogen. Dessverre forblir en forklaring på hvordan denne atmosfæren kan skapes og opprettholdes.
I tillegg har de geologiske og kjemiske bevisene for en slik atmosfære som eksisterte for milliarder av år siden også vært mangelvare. I det siste klarte ikke undersøkelser av orbiters å finne bevis på karbonatmineraler på overflaten av Mars. Man håpet at overflateoppdrag, som Curiosity, kunne løse dette ved å ta jord- og boreprøver der det hadde vært kjent vann.
Men som Bristow forklarte, at teamets studie effektivt har lukket døren for dette:
"Det har vært et mysterium hvorfor det ikke er sett mye karbonat fra bane. Du kan komme ut av kvartalen ved å si at karbonatene fremdeles kan være der, men vi kan bare ikke se dem fra bane fordi de er dekket av støv, eller begravet, eller vi ser ikke på rett sted. Nysgjerrighetsresultatene bringer paradokset i fokus. Dette er første gang vi har sjekket for karbonater på bakken i en stein vi vet dannet fra sedimenter avsatt under vann. "
Det er flere mulige forklaringer på dette paradokset. På den ene siden har noen forskere hevdet at Gale Crater Lake kanskje ikke har vært en åpen vannmasse og kanskje var dekket av is, som bare var tynn nok til å fortsatt tillate sedimenter å komme inn. Problemet med denne forklaringen er at hvis dette var sant, ville det være synlige indikasjoner igjen - som vil inkludere dype sprekker i den myke sedimentære innsjøbergarten.
Men siden disse indikasjonene ikke er funnet, sitter forskere med to bevislinjer som ikke stemmer overens. Som Ashwin Vasavada, Curiosity's Project Scientist, sa det:
"Nysgjerrighetens gjennomgang av strømbuer, deltas og hundrevis av loddelige føtter av gjørme avsatt i gamle innsjøer krever et kraftig hydrologisk system som forsyner vannet og sedimentet for å skape bergartene vi finner. Karbondioksid, blandet med andre gasser som hydrogen, har vært den ledende kandidaten for den oppvarmende innflytelsen som er nødvendig for et slikt system. Dette overraskende resultatet ser ut til å ta det ut av løpet. "
Heldigvis er uoverensstemmelser innen vitenskap det som gjør det mulig å utvikle nye og bedre teorier. Og når utforskningen av Marsoverflaten fortsetter - noe som vil dra nytte av ankomst av ExoMars og Mars 2020 oppdrag de kommende årene - vi kan forvente at ytterligere bevis fremkommer. Forhåpentligvis vil det bidra til å peke vei mot en løsning for dette paradokset, og ikke komplisere teoriene våre enda mer!
