Por que os cientistas estão interessados ​​no ar nos tubos de amostra de Marte da NASA?

O rover Perseverance Mars da NASA armazena amostras de rochas e solo em tubos selados na superfície do planeta para recuperação em missões futuras, como mostrado nesta ilustração. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

Escondido com todas as amostras de rocha e solo coletadas por NASAO rover Perseverance é um benefício potencial para os cientistas atmosféricos.

A perseverança da NASA Marte O rover coleta amostras de Marte, incluindo núcleos de rochas e gases atmosféricos, para eventualmente retornar à Terra. Estas amostras podem fornecer informações importantes sobre a atmosfera marciana e a sua evolução, talvez revelando a presença de vida microbiana há milhares de milhões de anos. Amostras de gases, em particular, poderiam fornecer dados valiosos sobre gases residuais e o clima antigo do planeta, que podem ser comparados com a história da atmosfera da Terra e ajudar a informar futuras missões tripuladas a Marte.

Coletando amostras de Marte

A cada núcleo rochoso que o rover Perseverance Mars da NASA sela em seus tubos de amostragem de titânio, os cientistas atmosféricos ficam mais entusiasmados. Essas amostras são coletadas para eventual entrega à Terra como parte da Campanha de Devolução de Amostras de Marte vinte e quatro levado até agora.

A maioria destas amostras consiste em núcleos rochosos ou detritos rochosos (rochas partidas e poeira) que podem revelar informações importantes sobre a história do planeta e se a vida microbiana existiu há milhares de milhões de anos. Mas alguns cientistas estão entusiasmados com a perspectiva de estudar o “espaço superior”, ou o ar na câmara extra em torno do material rochoso, nos tubos.

Eles querem aprender mais sobre a atmosfera marciana, que consiste principalmente de dióxido de carbono, mas também pode incluir vestígios de outros gases que podem ter estado presentes desde a formação do planeta.

Esta imagem mostra um núcleo de rocha do tamanho de um pedaço de giz em um tubo de amostra localizado dentro do instrumento de perfuração do rover Perseverance Mars da NASA. Assim que o rover fechar o tubo, o ar ficará preso no espaço extra do tubo, visto aqui na pequena lacuna (chamada de “headspace”) acima da rocha. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech/Arizona State University/MSSS

Informações do Mars Headspace

“As amostras de ar de Marte não só nos dirão sobre o clima e a atmosfera atuais, mas como eles mudaram ao longo do tempo”, disse Brandi Carrier, cientista planetária do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, no sul da Califórnia. “Isso nos ajudará a entender como evoluem climas diferentes do nosso.”

Entre as amostras que poderiam ser trazidas para a Terra está apenas um tubo cheio de gás depositado na superfície de Marte como parte de um repositório de amostras. Mas uma quantidade muito maior de gás no conjunto do rover encontra-se no espaço central das amostras de rocha. É único porque o gás irá interagir com o material rochoso dentro dos tubos durante anos antes de as amostras serem abertas e analisadas em laboratórios na Terra. O que os cientistas extrairão deles dará uma ideia sobre a quantidade de vapor de água que gira perto da superfície de Marte, que é um dos factores que determinam a razão pela qual o gelo se forma onde se forma no planeta e como o ciclo da água em Marte evoluiu ao longo do tempo.

Aqui vemos um tubo selado contendo uma amostra da superfície marciana coletada pelo rover Perseverance Mars da NASA, após depositá-la com outros tubos em um “repositório de amostras”. Outros tubos de amostra cheios são armazenados dentro do rover. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

Comparação de gases residuais e atmosferas antigas

Os cientistas também querem compreender melhor os gases residuais no ar marciano. Ainda mais excitante cientificamente seria a descoberta de gases nobres (como o néon, o argônio e o xenônio), que são tão pouco reativos que podem ter estado presentes na atmosfera, inalterados, desde a sua formação, há bilhões de anos. Se estes gases forem capturados, poderão revelar se Marte começou com uma atmosfera. (O antigo Marte tinha uma atmosfera mais espessa do que a que tem hoje, mas os cientistas não têm a certeza se sempre existiu ou se se desenvolveu mais tarde.) Há também grandes questões sobre como a atmosfera antiga do planeta se compara à da Terra primitiva.

Além disso, o headspace proporcionará uma oportunidade de avaliar o tamanho e a toxicidade das partículas de poeira, informação que ajudará os futuros astronautas em Marte.

“As amostras de gás têm muito a oferecer aos cientistas de Marte”, disse Justin Simon, geoquímico do Centro Espacial Johnson da NASA em Houston, que faz parte de um grupo de mais de uma dúzia de especialistas internacionais que ajudam a decidir quais amostras o rover deve coletar. “Mesmo os cientistas que não estudam Marte estarão interessados ​​porque irá lançar luz sobre como os planetas se formam e evoluem.”

Amostras aéreas da Apollo

Em 2021, um grupo de pesquisadores planetários, incluindo cientistas da NASA, estudou o ar trazido da Lua em um recipiente de aço por Apolo 17 Astronautas há cerca de 50 anos.

“As pessoas pensam que a Lua não tem ar, mas a sua atmosfera é muito frágil e interage com as rochas da superfície lunar ao longo do tempo”, disse Simon, que estuda uma variedade de amostras planetárias na Johnson. “Isso inclui gases nobres que escapam do interior da Lua e se acumulam na superfície lunar.”

Técnicas laboratoriais para análise de gases

A forma como a equipe de Simon extraiu o gás para estudo é semelhante ao que poderia ser feito com as amostras de ar do Perseverance. Primeiro, eles colocam o recipiente anteriormente fechado em um recipiente hermético. Eles então perfuraram o aço com uma agulha para extrair o gás e o colocaram em uma armadilha fria, um tubo em forma de U que se estende até um líquido, como o nitrogênio, com baixo ponto de congelamento. Ao alterar a temperatura do líquido, os cientistas conseguiram capturar alguns gases com pontos de congelamento mais baixos no fundo da armadilha fria.

“Existem provavelmente 25 fábricas no mundo que lidam com gás desta forma”, disse Simon. Ele acrescentou que além de ser utilizada para estudar a origem dos materiais planetários, essa abordagem pode ser aplicada aos gases emitidos por fontes termais e aos emitidos pelas paredes de vulcões ativos.

Naturalmente, essas fontes fornecem muito mais gás do que o Perseverance fornece em seus tubos de amostra. Mas se um único tubo não contém gás suficiente para uma determinada experiência, os cientistas de Marte podem combinar gases de vários tubos para obter uma amostra combinada maior – outro método que proporciona uma oportunidade adicional para a ciência.

Perseverance Mars Rover da NASA

O rover Perseverance da NASA, parte da missão Mars 2020, é um laboratório móvel avançado projetado para explorar a superfície de Marte. O rover foi lançado em 30 de julho de 2020 e pousou em Marte em 18 de fevereiro de 2021, na cratera Jezero. A missão principal do Perseverance é procurar sinais de vida antiga e coletar amostras de rochas e regolito (rochas quebradas e solo) para possíveis. retornar. à terra.