화성의 메탄이 과학자들을 당황하게 만든다: 큐리오시티 탐사선의 놀라운 발견

최근 연구 논문은 이동식 화학 실험실이 존재하는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. NASA큐리오시티 우주선은 게일 분화구 표면 근처의 가스 흔적을 지속적으로 탐지했습니다.

NASA의 큐리오시티 화성탐사선(Curiosity Mars Rover)이 발견한 가장 놀라운 사실은 게일 분화구 표면에서 메탄이 새어나오고 있다는 사실로 과학자들은 머리를 긁적입니다.

살아있는 유기체는 지구상에서 대부분의 메탄을 생산합니다. 그러나 과학자들은 현재 또는 고대 생명체에 대한 설득력 있는 징후를 발견하지 못했습니다. 화성그래서 저는 그곳에서 메탄이 발견될 것이라고는 예상하지 못했습니다. 그러나 SAM(Sample Analysis at Mars)으로 알려진 Curiosity의 이동 화학 실험실은 지금까지 화성에서 메탄이 검출된 유일한 장소인 게일 분화구(Gale Crater) 표면 근처의 가스 흔적을 지속적으로 냄새 맡습니다. 과학자들은 그 원인이 지구 깊은 곳에 있는 물과 암석을 포함하는 지질학적 메커니즘이라고 가정합니다.

남미 Altiplano 지역의 소금 호수로 가득 찬 Quisquiro 염수는 과학자들이 NASA의 Curiosity Rover가 탐사하고 있는 화성의 게일 분화구에 존재할 수 있다고 믿는 풍경 유형을 나타냅니다. 크레딧: Maxim Bocharov

그것이 전부였다면 일은 쉬울 것입니다. 그러나 SAM은 게일 크레이터(Gale Crater)에서 메탄이 예상치 못한 방식으로 활동하고 있음을 발견했습니다. 밤에 나타나고 낮에는 사라집니다. 계절에 따라 변동하며 때로는 평소보다 40배 높은 수준으로 상승하기도 합니다. 놀랍게도 메탄은 대기 중에 축적되지 않습니다: 유럽 우주국(ESA). 유럽 ​​우주국대기 중 가스를 연구하기 위해 특별히 화성에 보내진 엑소마스 추적 가스 궤도선(ExoMars Trace Gas Orbiter)은 메탄을 전혀 감지하지 못했습니다.

왜 일부 과학 장비는 화성에서 메탄을 감지하는 반면 다른 장비는 감지하지 못합니까?

Curiosity 임무를 이끌고 있는 남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 Curiosity 프로젝트 과학자 Ashwin Vasavada는 “이 이야기에는 많은 반전이 있습니다.”라고 말했습니다.

메탄은 가스가 이상하게 행동하고 게일 분화구에서만 감지되는 이유를 설명하기 위한 실험실 작업과 컴퓨터 모델링 프로젝트로 화성 과학자들을 바쁘게 만듭니다. NASA 연구 그룹은 최근 흥미로운 제안을 공유했습니다.

이것은 부서진 암석과 먼지로 만들어진 “토양”인 상상의 화성 표토의 샘플입니다. 이는 과학자들이 화성에 널리 퍼져 있는 과염소산염이라는 다양한 농도의 소금을 주입한 5개 샘플 중 하나입니다. 그들은 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터에 있는 화성 시뮬레이션 챔버에서 각 샘플을 화성과 유사한 조건에 노출했습니다. 위 샘플의 부서지기 쉬운 덩어리는 염분 농도가 너무 낮기 때문에 이 샘플에서 염봉 밀봉이 형성되지 않았음을 보여줍니다. 이미지 출처: NASA/Alexander Pavlov

3월 신문에 보고 지구물리학 연구 저널: 행성이 그룹은 메탄이 어떻게 생성되는지에 관계없이 부서진 암석과 먼지로 만들어진 “토양”인 화성의 표토에서 형성될 수 있는 경화된 소금 아래에 갇힐 수 있다고 제안했습니다. 따뜻한 계절이나 낮 시간에 기온이 상승하면 밀봉이 약해지면서 메탄이 누출될 수 있습니다.

메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터의 행성 과학자인 알렉산더 파블로프(Alexander Pavlov)가 이끄는 연구원들은 소형 SUV 크기의 탐사선의 압력으로 씰이 깨질 때 제트기에서도 가스가 폭발할 수 있다고 지적합니다. 그 위로 운전해. . Pavlov는 팀의 가설이 로봇이 표면을 돌아다니며 드릴링하는 화성의 두 장소 중 하나라는 점을 고려할 때 Gale Crater에서만 메탄이 발견된 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다. (다른 하나는 NASA의 Perseverance 로버가 작동하는 Jezero Crater입니다. 하지만 해당 로버에는 메탄 감지기가 없습니다.)

이 이미지는 화성 시뮬레이션실에서 제거된 후의 모의 화성 “토양”의 또 다른 샘플입니다. 표면은 단단한 소금 껍질로 밀봉되어 있습니다. 알렉산더 파블로프(Alexander Pavlov)와 그의 팀은 샘플이 화성과 유사한 조건에서 3~13일을 보낸 후, 그리고 과염소산염 농도가 5%에서 10% 사이인 경우에만 밀봉이 형성된다는 것을 발견했습니다. 금속 도구로 샘플을 긁은 중앙 부분의 색상이 더 밝습니다. 밝은 색상은 최상층 아래에 ​​더 건조한 토양이 있음을 나타냅니다. 이 토양은 시뮬레이션 챔버에서 샘플을 제거한 후 공기 중 수분을 흡수하여 갈색으로 변했습니다. 이미지 출처: NASA/Alexander Pavlov

파블로프는 이 가설의 기원을 화성의 영구 동토층과 마찬가지로 소금과 혼합된 화성의 영구 동토층(동결 토양)에서 미생물을 재배하는 것과 관련된 2017년에 주도한 관련 없는 실험에서 유래했다고 추적합니다.

파블로프와 그의 동료들은 지구상의 바닷물 호수와 염분이 풍부한 환경에 서식하는 호염성균으로 알려진 박테리아가 화성에서도 비슷한 조건에서 번성할 수 있는지 테스트했습니다.

미생물 성장 결과는 결론에 이르지 못했지만 연구자들은 예상치 못한 사실을 발견했다고 그는 말했습니다. 짠 얼음이 상승하면서 토양의 최상층이 소금 껍질을 형성하여 고체에서 기체로 바뀌고 소금이 남게 된다는 것입니다.

화성과 지구의 영구 얼음

Pavlov는 “당시에는 그것에 대해 많이 생각하지 않았습니다”라고 말했습니다. 그러나 그는 2019년 토양 표면을 기억합니다. SAM의 조정 가능한 레이저 분광계가 메탄 폭발을 감지했습니다. 아무도 설명할 수 없습니다.

Pavlov는 “그때 아이디어가 떠올랐습니다.”라고 말했습니다. 그때 그와 그의 팀은 단단한 소금 봉인이 형성되고 부서질 수 있는 조건을 테스트하기 시작했습니다.

호기심은 다음 질문에 답하기 시작했습니다. 화성은 미생물이라는 작은 생명체를 지탱할 수 있는 적절한 환경 조건을 가지고 있었습니까? 임무 초기에 Curiosity의 과학 장비는 화성의 과거 거주 가능 환경에 대한 화학적, 광물학적 증거를 발견했습니다. 화성에 미생물이 서식할 수 있었던 시대부터 암석 기록을 계속해서 탐구하고 있습니다. 크레딧: NASA

파블로프 팀은 화성에 널리 퍼져 있는 과염소산염이라는 다양한 농도의 염분과 혼합된 5개의 영구 동토층 샘플을 테스트했습니다. (오늘날 게일 분화구에는 영구 동토층이 없을 가능성이 높지만 게일이 더 추웠고 얼음이 더 많았던 오래 전에 물개가 형성되었을 수 있습니다.) 과학자들은 NASA Goddard의 화성 시뮬레이션 챔버 내부에서 각 샘플을 다양한 온도와 기압에 노출했습니다.

파블로프 팀은 주기적으로 메탄의 동위원소인 네온을 토양 샘플 아래에 주입하고 그 아래와 위의 가스 압력을 측정했습니다. 샘플 아래의 고압은 가스가 갇혀 있음을 나타냅니다. 궁극적으로 화성과 같은 조건에서 5~10% 농도의 과염소산염을 함유한 샘플에서 봉인은 단 3~13일 만에 형성되었습니다.

이는 Curiosity가 Gale Crater에서 측정한 것보다 훨씬 더 높은 염분 농도입니다. 그러나 그곳의 표토에는 황산염이라고 불리는 다른 유형의 소금 광물이 풍부하며, Pavlov의 팀은 다음으로 이것이 물개를 형성할 수 있는지 확인하기 위해 테스트하고 싶어합니다.

큐리오시티 탐사선은 화성의 기후가 건조해졌을 때 형성된 것으로 추정되는 지역에 도달했습니다.

화성의 메탄 생성 및 파괴 과정에 대한 이해를 높이는 것은 화성의 주요 권장 사항입니다. NASA의 2022년 행성 임무 수석 검토Pavlov의 연구와 같은 이론적 작업은 이러한 노력에 매우 중요합니다. 그러나 과학자들은 메탄에 대한 보다 일관된 측정도 필요하다고 말합니다.

SAM은 표면에서 샘플을 채취하고 화학 성분을 분석하는 주요 업무를 수행하느라 바쁘기 때문에 1년에 몇 번만 메탄 냄새를 맡습니다.

SAM의 수석 연구원인 고다드 대학의 Charles Malespin은 “메탄 실험은 자원 집약적이므로 이를 수행하기로 결정할 때 매우 전략적이어야 합니다.”라고 말했습니다.

그러나 과학자들은 예를 들어 메탄 수준이 얼마나 자주 상승하는지 테스트하려면 화성 전역의 여러 위치에서 메탄을 지속적으로 측정하는 차세대 표면 장비가 필요하다고 말합니다.

Vasavada는 “메탄 작업 중 일부는 이러한 특정 질문에 답하는 데 더 초점을 맞춘 미래 표면 우주선에 맡겨야 합니다”라고 말했습니다.

참고 자료: “화성과 유사한 조건에서 염분 토양 봉인의 형성 및 안정성.” Alexander A. Pavlov, James Johnson, Raul Garcia Sanchez, Ariel Segelnytsky, Chris Johnson, Jeffrey Davis, Scott Gosiewicz 및 Prabhakar의 화성에 대한 메탄 변동의 의미 미스라, 2024년 3월 9일, 지구물리학 연구 저널: 행성.
도이: 10.1029/2023JE007841

호기심은 다음에 의해 만들어집니다. 제트추진 연구실, 캘리포니아주 패서디나에 있는 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)에서 관리합니다. JPL은 워싱턴에 있는 NASA의 과학 임무국을 대신하여 임무를 주도하고 있습니다.