مطالعه جدید، وجود متان در مریخ را تأیید می‌کند، اما قطعی نمی‌باشد!!

تشخیص مستقل متان در اتمسفر مریخ بوسیله مریخ‌نورد کنجکاوی و مدارگرد مریخ اکسپرس باعث ایجاد سردرگمی داستان پیچیده حضور متان شده است.

تصور هنری از مدارگرد مارس اکسپرس مریخ. ESA

آیا متان در جو مریخ وجود دارد؟ دانشمندان تقریبا دو دهه تلاش کرده‌اند تا این معما را حل کنند، اما پاسخ‌های قطعی باقی‌مانده است. چندین تشخیص مولکولی توسط ابزارهای مختلفی نظیر کنجکاوی ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA)، ارزیابی مارس اکسپرس و همچنین چندین تلسکوپ مبتنی بر زمین وجود دارد. اما قابلیت اطمینان این تشخیصها به طور وسیع مورد بحث بوده و جامعه علمی هنوز سر این مساله اتحاد رای ندارند.

در حال حاضر، یک تیم بین‌المللی از محققان با استفاده از طیف‌سنج سیاره‌ای (PFS) در مریخ‌اکسپرس، تشخیص مستقل متان در بالای دهانه گیل، سایت فرود مریخ‌نورد کنجکاوی، درست پس از اندازه‌گیری متان، اعلام کرد. در روز 16 ژوئن 2013، یک روز پس از تشخیص کنجکاوی تا حدود 5.78 ppbv، میزان تشخیص متان توسط ابزار PFS به میزان 15.5 واحد در هر میلیارد حجم (ppbv) رسید. تیم PFS نیز برای تشخیص منشاء انتشار متان، شبیه‌سازی اتمسفر و تجزیه و تحلیل زمین‌شناسی انجام داد. محققان به همان منبع بالقوه اشاره می‌کنند که تیم کنجکاوی در سال 2013 به دنبال آن بوده است: یک منطقه گسلی در جنوب شرقی دره گیل. آنها یافته‌های خود را در 1 آوریل در  Nature Geosciences. منتشر کردند.

تأیید حضور متان یک جایزه بزرگ برای محققان است، زیرا این گاز می‌تواند به حضور زندگی یا فعالیت زمین‌شناسی مرتبط باشد. منابع بیولوژیکی زمین، از جمله نوعی از باکتری‌های متانوژن که معمولاً در جاهای مرطوب مسئول تولید گاز متان هستند و در روده جانورانی مثل نشخوارکنندگان و انسانها مسئول تولید باد شکم هستند. رشد و بقای آن‌ها به‌طور مستقیم به فعالیت آن‌ها با میکروفلور بستگی دارد. رسوبات دریایی متانی کلاً به جاهایی که از سولفات خالی شده‌اند، معمولاً زیر لایه‌های بالایی، محدود شده‌اند. بقیه شدت‌دوست هستند و در محیطهای داغ مانند چشمه‌های آبگرم و نیز در کیلومترها زیر سطح زمین در سنگهای مذاب پوسته زمین یافت شده‌اند. متانوژنها بی‌هوازی اند و همینطور نمی‌توانند عملکردی در شرایط هوازی داشته باشند ولی می‌توانند تنش اکسیژنی را برای مدت طولانی تحمل کنند.

95 درصد متان را در  اتمسفر ما این باکتریها تولید می‌کنند. به عنوان مثال، فرایندهای زمین‌شناسی، متان را به جو زمین آزاد می‌کنند، واکنش‌های خاصی بین مواد معدنی مانند پیروکسن و آب بوجود می‌آید. از آنجا که این مواد تشکیل‌دهنده در مریخ نیز وجود دارد، متان مریخ می‌تواند از واکنشهای مشابه ژئوشیمیایی حاصل شود. گاز مریخ نیز می‌تواند در زمانهای قدیم، زمانی که آب مایع به آسانی در دسترس بود، تولید و پس از آن به زیر سطح منتقل و یا زیر خاک مدفون شده باشد.

مریخ‌نورد کنجکاوی همچنین یک منبع متان را کشف کرد، که توسط ابزار PFS در مدارگرد مریخ اکسپرس تأیید شد.

ناسا / JPL / Caltech / MSSS

به گفته مارکو گورانا (موسسه ملی آستروفیزیک، ایتالیا)، محقق اصلی ابزار PFS که این مطالعه جدید را رهبری کرد. محققان بر این باورند که ناحیه تحت پوشش این تحقیق، در مجموع 49000 کیلومتر مربع، بین 39 تا 54 تن متان وجود دارد. برای مقایسه، مقدار آن در جو زمین در حال حاضر حدود 1800 ppb است (اگر چه نیمی از  آن مربوط به قبل از شروع انقلاب صنعتی 200 سال پیش بود).

کریس وبستر (آزمایشگاه پیشرانش)، محقق اصلی طیف‌سنج لیزری قابل‌تنظیم مریخ‌نورد کنجکاوی می‌گوید: “تأیید اندازه‌گیری متان، جایزه نهایی در اکتشاف سیاره‌ها است.” “بسیار جالب است که بخشی از یک اتحاد منحصر به فرد نتایج مریخ‌نورد و مدارگرد صورت گرفته است.”

گوریانا از دسامبر 2012 تا ژوئیه 2014 تصمیم گرفت که برای مدت کوتاهی پس از فرود کنجکاوی، جو را در بالای دهانه گیل بررسی کند. این تصمیم به او فرصتی عالی برای آزمایش یک حالت مشاهدۀ قبلا ناشناخته توسط PFS، یعنی حالت ردیابی نقطه‌ای داد که ابزارهای نوری را به یک ویژگی سطحی در مریخ متصل می‌کند و آن را دنبال می‌کند و چندین صد طیف را در عرض چند دقیقه به دست می‌آورد. گوریانا می‌گوید: “این مشاهدات به ویژه برای بازیابی وجود متان مناسب است.”

بحث متان: تقابل

جیورانا و همکارانش توسط مریخ‌نورد کنجکاوی در ماه دسامبر 2013 نشان دادند که متان در نزدیکی دهانه گیل وجود دارد – شما فکر می‌کنید که برای تأیید حضور این گاز در جو مریخ، این امر کافی است؟! اما مسئله متان پیچیده است و شواهدی قوی برای نبودنش وجود دارد؟

داده‌های جدید از مدارگرد ردیاب گاز اگزومارس TGO وجود دارد که مشاهدات علمی خود را در آوریل 2018 آغاز کرد. TGO با دو طیف سنج – NOMAD و CAS – مجهز به اندازه‌گیری مقدار حداقل گازها در جو مریخ است. NOMAD به طور خاص می‌تواند غلظت متان را تا 50 قسمت در تریلیون و  100 برابر حساس‌تر نسبت به PFS تشخیص دهد. اما تا کنون NOMAD و دیگر ابزارهای TGO قادر به شناسایی کوچکترین مقدار متان نبودند. این تیم در طی نشست اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا در ماه پاییز گذشته نتایج اولیه‌ی خود را منتشر کرد و به زودی یک مقاله که تمام یافته‌های TGO (و یا عدم آن) را در بر می‌گیرد، منتشر خواهد شد.

بنابراین، چگونه ممکن است که ابزارهای موجود در سطح و در مدار مریخ، متان را شناسایی کرده‌اند، با این حال پیشرفته‌ترین شکارچی متان که تاکنون به مریخ فرستاده شده است، هیچ‌چیزی پیدا نکرده است؟

یک توضیح احتمالی این است که متان عنصر دائمی در جو مریخ نیست. برخی محققان معتقدند که ممکن است مخازن متان در زیر زمین به دام افتاده باشند که می‌توانند در شرایط خاصی خود را به سطح برسانند. به عنوان مثال، خاک منجمد (permafrost) – یک لایه منجمد خاک در نزدیکی سطح می‌باشد- که ممکن است مانع فرار متان شود.

به زمین دائم یخ‌بسته و لایه همیشه ‌منجمد خاک که معمولاً در نواحی قطبی و نیمه‌قطبی یافت می‌شود، خاک مُنجَمد گفته می‌شود. بنا برتعریفی دقیق‌تر، اگر خاک ناحیه‌ای برای دو سال یا بیشتر به حالت یخ‌بسته بماند به آن خاک منجمد می‌گویند. به‌جز مناطق قطبی، در برخی مناطق کوهستانی نیز به خاک دائماً منجمد برمی‌خوریم.

خاک‌های منجمد مهمترین انبار متان در کره زمین هستند. پس از آخرین دوران یخبندان ارتفاع آب دریاها ۱۰۰ متر بیشتر از امروز بوده است. پس از انجماد مناطق گسترده‌ای از دریاها و رودهای موجود در قطب شمال در منطقه سیبری شرقی، حدود ۲ میلیون کیلومتر مربع از دریاها یخ زد. بستر این دریاها از خاک منجمد تشکیل شده است. عمق خاک منجمد در سیبری و اقیانوس منجمد شمالی گاهی به ۱۵۰۰ متر می‌رسد.

سقوط سنگهای سنگین و قطعه یخی (تا 11.8 میلیون مترمکعب)، زلزله (تا 3.9 ریشتر)، سیل (تا 7.8 میلیون مترمکعب آب) و جریان سریع سنگ و یخ تا مسافت های طولانی (تا 7.5 کیلومتر در سرعت 60 متر / ثانیه) ناشی از “بی ثباتی دامنه ها” در مناطق منجمدکوهستانی گزارش شده است 

اگر جنبش‌های لرزه‌ای و یا وقایع دیگر این لایه را مختل کند، متان محصور در زیر آن ممکن است در طول بازه زمانی کوتاه‌مدتی از آن لایه فرار کنند. این سناریو می‌تواند با مشاهدات اخیر توسط کنجکاوی و PFS مطابقت داشته باشد، زیرا ابزار مارس‌اکسپرس، تنها در یکی از چندین ایستگاه مداری، متان را تشخیص داده است. بازه‌های زمانی که PFS هیچ چیزی را تشخیص نداد همزمان با زمانی بود که کنجکاوی اندازه‌گیری‌های متان پایینی را گزارش کرد.

چندین روش برای اضافه شدن متان به جو مریخ وجود دارد. اگرچه فعالیت میکروبها احتمالا هیجان‌انگیز هستند، منابع احتمالی دیگری شامل واکنش بین آب و مواد معدنی اولیوین یا پریوکسن یا شکست پرتوهای ماورای بنفش خورشید بر روی گرد و غبار شهاب‌سنگی باعث ایجاد آن در سطح سیاره می‌شوند.

NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan

اما این سناریو ناقص باقی می‌ماند: حتی اگر متان در دوره‌های کوتاه‌مدت پخش شود، مدل‌های فعلی نشان می‌دهد که 300 سال دیگر یا قبل از شکستن باید به اتمسفر مریخ برگردد و به فضا فرار کند. بنابراین TGO باید بتواند متان را پیدا کند. این واقعیت نشان می‌دهد که دانشمندان مجبور به کشف مکانیسم دیگری می‌شوند که بتواند متان را از جو سریع‌تر حذف کند.

“گیورانا می‌گوید:” متان در مریخ به نظر می‌رسد به سرعت ظاهر شده و به سرعت ناپدید می‌شود، و پیشنهاد می‌کند که یک مکانیزم تخریبی وجود دارد که بتواند این گاز را از جو حذف کند.” “مکانیزم‌های متعدد پیشنهادی ارائه شده است و برخی از این‌ها قادر به توضیح تغییرات اتمسفر در طول زمان مشاهده شده‌اند. با این حال، این نتایج اولیه شبیه‌سازی یا آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه در نمونه‌های محدود بوده و اعتبار عمومی و اهمیت آماری آنها هنوز نشان داده نشده است. “

وبستر فکر می‌کند مشاهدات بیشتر تأیید حضور متان از تمام ابزارهایی که می‌توانند متان را شناسایی کنند، خیلی ایده‌آل می‌باشد. وبستر می‌گوید: “احتمالا آخرین کار PFS مجموعه‌ای از مراحل برای مشاهده نهایی حضور متان است که به طور همزمان توسط PFS، TGO و کنجکاوی دیده می‌شود.” “پس بیایید صبور باشیم و ببینیم سیاره سرخ چه سورپرایزی را برای خود نگه می‌دارد!”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

New Study Confirms Methane on Mars – But It’s Not Definitive

By: Javier Barbuzano | April 1, 2019

https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/new-study-confirms-methane-mars-not-definitive/