Studien av Mars yta och atmosfär har låst upp några gamla hemligheter. Tack vare insatserna från Nyfikenhet Rover och andra uppdrag, forskare är nu medvetna om det faktum att vatten en gång runnit på Mars och att planeten hade en tätare atmosfär. De har också kunnat dra slutsatsen vad mekaniken ledde till att denna atmosfär tappades, vilket gjorde den till den kalla, uttorkade miljön vi ser där idag.
Men samtidigt har det lett till en ganska spännande paradox. I huvudsak tros Mars ha haft varmt, strömmande vatten på ytan vid en tidpunkt då solen var en tredjedel så varm som den är i dag. Detta skulle kräva att den Martiska atmosfären hade gott om koldioxid för att hålla ytan tillräckligt varm. Men baserat på nyfikenheten från Curiosity Rover verkar detta inte vara fallet.
Dessa fynd var en del av en analys av data som tagits av Curiosity's Chemistry and Mineralogy X-ray Diffraktion (CheMin) -instrumentet, som har använts för att studera mineralinnehållet i borrprover i Gale Krater. Resultaten av denna analys publicerades nyligen i Fortsättningar från National Academy of Science, där forskargruppen indikerade att inga spår av karbonater hittades i några prover som tagits från den gamla sjöbotten.
För att dela upp det, bevis samlats in av Nyfikenhet (och en mängd andra rovers, landare och orbiters) har lett forskare att dra slutsatsen att Mars-ytan för ungefär 3,5 miljarder år hade sjöar och floder. De har också bestämt, tack vare de många prover som tagits av Nyfikenhet sedan den landade i Gale-krateret 2011, var detta geologiska drag en gång en sjöbädd som gradvis fylldes med sedimentära avlagringar.
Men för att Mars skulle ha varit tillräckligt varm för att flytande vatten skulle existera, skulle dess atmosfär ha varit tvungen att innehålla en viss mängd koldioxid - vilket ger en tillräcklig växthuseffekt för att kompensera för solens minskade värme. Eftersom stenprover i Gale-krateret fungerar som en geologisk rekord för hur förhållandena var som för miljarder år sedan, skulle de säkert innehålla massor av karbonatmineraler om detta var fallet.
Karbonater är mineraler som är resultatet av koldioxid som kombineras med positivt laddade joner (som magnesium och järn) i vatten. Eftersom dessa joner har visat sig ha goda försörjning i prover av Marsberg, och efterföljande analys har visat att förhållandena aldrig blev sura till den punkten att karbonaterna skulle ha upplösts, finns det inget tydligt skäl till varför de inte skulle dyka upp .
Tillsammans med sitt team beräknade Thomas Bristow - den viktigaste utredaren för CheMin-instrumentet för nyfikenhet - vad minimimängden koldioxid i atmosfären skulle behöva vara, och hur detta skulle ha indikerats av nivåerna av karbonat som finns i Martian bergarter idag. De sorterade sedan genom värden av CheMin-instrumentets data för att se om det fanns några indikationer på dessa mineraler.
Men som han förklarade i ett nyligen pressmeddelande från NASA, räckte slutsatserna helt enkelt inte:
”Vi har blivit särskilt slagen av frånvaron av karbonatmineraler i sedimentär berg som roveren har undersökt. Det skulle vara riktigt svårt att få flytande vatten även om det fanns hundrat gånger mer koldioxid i atmosfären än vad mineralbeviset i berget säger till oss. ”
I slutändan kunde Bristow och hans team inte ens hitta spårmängder av karbonater i de bergprover som de analyserade. Även om bara några tiotals millibar koldioxid hade funnits i atmosfären när en sjö fanns i Gale-krateret, skulle den ha producerat tillräckligt med karbonater för att Curiosity CheMin skulle kunna upptäcka. Detta senaste fynd bidrar till en paradox som har plågat Mars-forskare i åratal.
I grund och botten har forskare noterat att det finns en allvarlig skillnad mellan vad ytfunktioner indikerar om Mars förflutna, och vad kemiska och geologiska bevis har att säga. Inte bara finns det gott om bevis för att planeten hade en tätare atmosfär tidigare, mer än fyra decennier av orbitalavbildning (och årens värde av ytdata) har gett gott om geomorfologiska bevis på att Mars en gång hade ytvatten och en aktiv hydrologisk cykel.
Men forskare kämpar fortfarande för att producera modeller som visar hur det Martiska klimatet kunde ha bibehållit de typer av förhållanden som behövs för att detta skulle ha varit fallet. Den hittills enda framgångsrika modellen har varit en där atmosfären innehöll en betydande mängd CO2 och väte. Tyvärr är en förklaring till hur denna atmosfär kan skapas och upprätthållas fortfarande svårfångad.
Dessutom har de geologiska och kemiska bevisen för en sådan atmosfär som funnits för miljarder år sedan också varit bristfälliga. Tidigare kunde undersökningar av orbiters inte hitta bevis på karbonatmineraler på ytan av Mars. Man hoppades att ytmissioner, som Curiosity, skulle kunna lösa detta genom att ta jord- och borrprover där vatten hade visat sig existera.
Men som Bristow förklarade har hans teams studie effektivt stängt dörren för detta:
”Det har varit ett mysterium varför det inte har sett mycket karbonat från banan. Du kan komma ut ur kvandären genom att säga att karbonaterna fortfarande kan vara där, men vi kan bara inte se dem från bana eftersom de är täckta av damm eller begravda, eller vi ser inte på rätt plats. Nyfikenhetsresultaten sätter paradoxen i fokus. Det här är första gången vi har kontrollerat för karbonater på marken i en sten som vi vet bildat från sediment avsatta under vatten. "
Det finns flera möjliga förklaringar till denna paradox. Å ena sidan har vissa forskare hävdat att Gale Crater Lake kanske inte har varit en öppen vattendrag och kanske var täckt med is, vilket var precis tillräckligt tunt för att fortfarande låta sediment komma in. Problemet med denna förklaring är att om detta var sant, skulle det finnas märkbara indikationer kvar - som skulle inkludera djupa sprickor i den mjuka sedimentära sjön med berg.
Men eftersom dessa indikationer inte har hittats finns forskare kvar med två bevislinjer som inte matchar. Som Ashwin Vasavada, Curiositys projektforskare, uttryckte det:
”Nyfikenhetens korsning genom strömmar, deltor och hundratals vertikala fötter av lera avsatt i gamla sjöar uppmanar till ett kraftfullt hydrologiskt system som tillför vatten och sediment för att skapa de stenar vi hittar. Koldioxid, blandat med andra gaser som väte, har varit den ledande kandidaten för det värmande inflytande som krävs för ett sådant system. Detta överraskande resultat tycks ta det ur körningen. ”
Lyckligtvis är inkongruiteter inom vetenskapen som gör det möjligt att utveckla nya och bättre teorier. Och när utforskningen av Marsytan fortsätter - vilket kommer att gynnas av ankomsten av ExoMars och den Mars 2020 uppdrag under de kommande åren - vi kan förvänta oss att ytterligare bevis kommer att dyka upp. Förhoppningsvis kommer det att hjälpa till att peka vägen mot en resolution för denna paradox och inte komplicera våra teorier ännu mer!
