¿Por qué los científicos están interesados ​​en el aire en los tubos de muestras de Marte de la NASA?

El rover Perseverance Mars de la NASA almacena muestras de roca y suelo en tubos sellados en la superficie del planeta para recuperarlas en futuras misiones, como se muestra en esta ilustración. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Oculto con cada muestra de roca y suelo recolectada por NASAEl rover Perseverance es una bendición potencial para los científicos atmosféricos.

La perseverancia de la NASA Marte El rover recolecta muestras de Marte, incluidos núcleos de rocas y gases atmosféricos, para eventualmente regresar a la Tierra. Estas muestras pueden proporcionar información importante sobre la atmósfera marciana y su evolución, revelando quizás la presencia de vida microbiana hace miles de millones de años. Las muestras de gas, en particular, podrían proporcionar datos valiosos sobre los gases traza y el clima antiguo del planeta, que se comparan con la historia de la atmósfera de la Tierra y ayudan a informar futuras misiones tripuladas a Marte.

Colección de muestras de Marte

Con cada núcleo rocoso que el rover Perseverance Mars de la NASA sella en sus tubos de muestreo de titanio, los científicos atmosféricos se entusiasman más. Estas muestras se recolectan para su eventual entrega a la Tierra como parte de la Campaña de Devolución de Muestras de Marte. veinticuatro tomado hasta ahora.

La mayoría de estas muestras consisten en núcleos de roca o escombros de roca (rocas rotas y polvo) que pueden revelar información importante sobre la historia del planeta y si existió vida microbiana hace miles de millones de años. Pero algunos científicos están entusiasmados con la perspectiva de estudiar el «espacio de cabeza», o el aire en la cámara adicional alrededor del material rocoso, en los tubos.

Quieren aprender más sobre la atmósfera marciana, que se compone principalmente de dióxido de carbono, pero también podría incluir trazas de otros gases que pueden haber estado presentes desde la formación del planeta.

Esta imagen muestra un núcleo de roca del tamaño de un trozo de tiza en un tubo de muestra ubicado dentro del instrumento de perforación del rover Perseverance Mars de la NASA. Una vez que el rover cierre el tubo, el aire quedará atrapado en el espacio adicional del tubo, que se ve aquí en el pequeño espacio (llamado «espacio de cabeza») sobre la roca. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech/Universidad Estatal de Arizona/MSSS

Perspectivas de Mars Headspace

«Las muestras de aire de Marte no sólo nos informarán sobre el clima y la atmósfera actuales, sino también cómo han cambiado con el tiempo», dijo Brandi Carrier, científica planetaria del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. «Nos ayudará a comprender cómo evolucionan los climas diferentes al nuestro».

Entre las muestras que podrían traerse a la Tierra se encuentra sólo un tubo lleno de gas depositado en la superficie de Marte como parte de un depósito de muestras. Pero una cantidad mucho mayor del gas del conjunto del rover se encuentra dentro del espacio central de las muestras de roca. Es único porque el gas interactuará con el material rocoso dentro de los tubos durante años antes de que las muestras se abran y analicen en laboratorios en la Tierra. Lo que los científicos extraigan de ellos dará una idea sobre la cantidad de vapor de agua que se arremolina cerca de la superficie de Marte, que es uno de los factores que determinan por qué se forma hielo en determinadas partes del planeta y cómo evolucionó el ciclo del agua en Marte con el tiempo.

Aquí se ve un tubo sellado que contiene una muestra de la superficie marciana recolectada por el rover Perseverance Mars de la NASA, después de depositarla con otros tubos en un «depósito de muestras». Otros tubos de muestra llenos se almacenan dentro del rover. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Comparación de gases traza y atmósferas antiguas.

Los científicos también quieren comprender mejor los gases traza en el aire marciano. Aún más interesante desde el punto de vista científico sería el descubrimiento de gases nobles (como el neón, el argón y el xenón), que son tan poco reactivos que pueden haber estado presentes en la atmósfera, sin cambios, desde su formación hace miles de millones de años. Si se capturan estos gases, podrían revelar si Marte comenzó con una atmósfera. (El antiguo Marte tenía una atmósfera más espesa que la actual, pero los científicos no están seguros de si siempre estuvo allí o si se desarrolló más tarde). También hay grandes interrogantes sobre cómo se compara la atmósfera antigua del planeta con la de la Tierra primitiva.

Además, el espacio de cabeza brindará la oportunidad de evaluar el tamaño y la toxicidad de las partículas de polvo, información que ayudará a los futuros astronautas en Marte.

«Las muestras de gas tienen mucho que ofrecer a los científicos de Marte», dijo Justin Simon, geoquímico del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston, que forma parte de un grupo de más de una docena de expertos internacionales que ayudan a decidir qué muestras debe recolectar el rover. «Incluso los científicos que no estudian Marte estarán interesados ​​porque arrojará luz sobre cómo se forman y evolucionan los planetas».

Muestras de aire del Apolo

En 2021, un grupo de investigadores planetarios, incluidos científicos de la NASA, estudiaron el aire traído desde la Luna en un contenedor de acero por Apolo 17 Los astronautas hace unos 50 años.

«La gente piensa que la Luna no tiene aire, pero su atmósfera es muy frágil e interactúa con las rocas de la superficie lunar con el tiempo», dijo Simon, que estudia una variedad de muestras planetarias en Johnson. «Esto incluye los gases nobles que escapan del interior de la Luna y se acumulan en la superficie de la Luna».

Técnicas de laboratorio para análisis de gases.

La forma en que el equipo de Simon extrajo el gas para estudiarlo es similar a lo que se podría hacer con las muestras de aire de Perseverance. Primero, colocan el recipiente previamente cerrado en un recipiente hermético. Luego perforaron el acero con una aguja para extraer el gas y lo colocaron en una trampa fría, un tubo en forma de U que se extiende hacia un líquido, como el nitrógeno, con un punto de congelación bajo. Al cambiar la temperatura del líquido, los científicos pudieron capturar algunos gases con puntos de congelación más bajos en el fondo de la trampa fría.

«Probablemente hay 25 plantas en el mundo que manejan gas de esta manera», dijo Simon. Agregó que además de usarse para estudiar el origen de los materiales planetarios, este enfoque se puede aplicar a los gases emitidos por fuentes termales y a los emitidos por las paredes de volcanes activos.

Naturalmente, estas fuentes proporcionan mucho más gas del que proporciona Perseverance en sus tubos de muestra. Pero si un solo tubo no contiene suficiente gas para un experimento determinado, los científicos de Marte pueden combinar gases de múltiples tubos para obtener una muestra combinada más grande, otro método que brinda una oportunidad adicional para la ciencia.

Perseverance Mars Rover de la NASA

El rover Perseverance de la NASA, parte de la misión Mars 2020, es un laboratorio móvil avanzado diseñado para explorar la superficie de Marte. El rover se lanzó el 30 de julio de 2020 y aterrizó en Marte el 18 de febrero de 2021, en el cráter Jezero. La misión principal del Perseverance es buscar signos de vida antigua y recolectar muestras de rocas y regolito (rocas rotas y suelo) para posibles. devolver. al suelo.