Warum interessieren sich Wissenschaftler für die Luft in den Mars-Probenröhrchen der NASA?

Versteckt bei jeder Gesteins- und Bodenprobe, die von gesammelt wird NASADer Perseverance Rover ist ein potenzieller Segen für Atmosphärenforscher.

Die Beharrlichkeit der NASA Mars Der Rover sammelt Proben vom Mars, darunter Gesteinskerne und atmosphärische Gase, um schließlich zur Erde zurückzukehren. Diese Proben könnten wichtige Einblicke in die Marsatmosphäre und ihre Entwicklung liefern und möglicherweise das Vorhandensein von mikrobiellem Leben vor Milliarden von Jahren aufdecken. Insbesondere Gasproben könnten wertvolle Daten über Spurengase und das antike Klima des Planeten liefern, die mit der Geschichte der Erdatmosphäre verglichen werden und als Grundlage für zukünftige bemannte Missionen zum Mars dienen könnten.

Sammlung von Marsproben

Mit jedem Gesteinskern, den der Marsrover Perseverance der NASA in seinen Titan-Probenahmeröhren versiegelt, werden Atmosphärenforscher aufgeregter. Diese Proben werden gesammelt, um sie schließlich im Rahmen der Mars-Probenrückgabekampagne zur Erde zu transportieren vierundzwanzig bisher genommen.

Die meisten dieser Proben bestehen aus Gesteinskernen oder Gesteinsschutt (gebrochenes Gestein und Staub), die wichtige Informationen über die Geschichte des Planeten und darüber liefern könnten, ob vor Milliarden von Jahren mikrobielles Leben existierte. Einige Wissenschaftler sind jedoch begeistert von der Aussicht, den „Kopfraum“ oder die Luft in der zusätzlichen Kammer um das Gesteinsmaterial in den Röhren zu untersuchen.

Sie wollen mehr über die Marsatmosphäre erfahren, die größtenteils aus Kohlendioxid besteht, aber auch Spuren anderer Gase enthalten könnte, die möglicherweise seit der Entstehung des Planeten vorhanden waren.

Dieses Bild zeigt einen Gesteinskern von der Größe eines Stücks Kreide in einem Probenröhrchen im Bohrinstrument des NASA-Marsrovers Perseverance. Sobald der Rover die Röhre schließt, wird Luft in dem zusätzlichen Raum in der Röhre eingeschlossen, der hier in der kleinen Lücke (dem sogenannten „Kopfraum“) über dem Felsen zu sehen ist. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Erkenntnisse aus dem Mars Headspace

„Luftproben vom Mars werden uns nicht nur etwas über das aktuelle Klima und die Atmosphäre verraten, sondern auch darüber, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben“, sagte Brandi Carrier, Planetenforscherin am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien. „Es wird uns helfen zu verstehen, wie sich Klimazonen entwickeln, die sich von unserem eigenen unterscheiden.“

Zu den Proben, die zur Erde gebracht werden könnten, gehört ein Rohr, das nur mit Gas gefüllt ist und als Teil eines Probendepots auf der Marsoberfläche abgelagert wurde. Aber eine viel größere Menge Gas in der Rover-Baugruppe ist im Raum zwischen den Gesteinsproben enthalten. Diese Proben sind einzigartig, da das Gas jahrelang mit dem Gesteinsmaterial in den Röhren interagiert, bevor die Proben geöffnet und in Labors auf der Erde analysiert werden. Was Wissenschaftler aus diesen Proben extrahieren, wird Aufschluss über die Menge an Wasserdampf geben, die in der Nähe der Marsoberfläche wirbelt. Dies ist einer der Faktoren, die bestimmen, warum sich dort auf dem Planeten Eis bildet und wie sich der Wasserkreislauf auf dem Mars im Laufe der Zeit entwickelt hat.

Hier ist ein versiegeltes Röhrchen zu sehen, das eine Probe der Marsoberfläche enthält, die vom Marsrover Perseverance der NASA gesammelt wurde, nachdem er sie zusammen mit anderen Röhrchen in einem „Probenlager“ deponiert hatte. Weitere gefüllte Probenröhrchen werden im Inneren des Rovers aufbewahrt. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech

Vergleich von Spurengasen und antiken Atmosphären

Wissenschaftler wollen auch Spurengase in der Marsluft besser verstehen. Noch wissenschaftlich spannender wäre die Entdeckung von Edelgasen (wie Neon, Argon und Xenon), die so unreaktiv sind, dass sie möglicherweise seit ihrer Entstehung vor Milliarden von Jahren unverändert in der Atmosphäre vorhanden waren. Wenn diese Gase eingefangen werden, könnten sie Aufschluss darüber geben, ob der Mars ursprünglich eine Atmosphäre hatte. (Der alte Mars hatte eine dickere Atmosphäre als heute, aber Wissenschaftler sind sich nicht sicher, ob sie schon immer da war oder ob sie sich erst später entwickelte.) Es gibt auch große Fragen dazu, wie sich die alte Atmosphäre des Planeten mit der der frühen Erde vergleichen lässt.

Darüber hinaus bietet der Headspace die Möglichkeit, die Größe und Toxizität von Staubpartikeln zu bewerten – Informationen, die künftigen Astronauten auf dem Mars helfen werden.

„Gasproben haben Marsforschern viel zu bieten“, sagte Justin Simon, Geochemiker am Johnson Space Center der NASA in Houston, der zu einer Gruppe von mehr als einem Dutzend internationalen Experten gehört, die bei der Entscheidung helfen, welche Proben der Rover sammeln soll. „Selbst Wissenschaftler, die den Mars nicht erforschen, werden interessiert sein, weil er Aufschluss darüber geben wird, wie Planeten entstehen und sich entwickeln.“

Apollo-Luftproben

Im Jahr 2021 untersuchte eine Gruppe von Planetenforschern, darunter Wissenschaftler der NASA, die vom Mond in einem Stahlbehälter mitgebrachte Luft Apollo 17 Astronauten vor etwa 50 Jahren.

„Die Leute denken, der Mond sei luftlos, aber seine Atmosphäre ist sehr fragil und interagiert mit der Zeit mit Gesteinen auf der Mondoberfläche“, sagte Simon, der bei Johnson verschiedene Planetenproben untersucht. „Dazu gehören auch Edelgase, die aus dem Mondinneren entweichen und sich auf der Mondoberfläche ansammeln.“

Labortechniken zur Gasanalyse

Die Art und Weise, wie Simons Team das Gas für die Untersuchung extrahierte, ähnelt der Methode, die mit den Luftproben von Perseverance durchgeführt werden konnte. Zuerst stellen sie den zuvor ungeöffneten Behälter in einen luftdichten Behälter. Anschließend durchbohrten sie den Stahl mit einer Nadel, um das Gas zu extrahieren, und platzierten ihn in einer Kühlfalle, einem U-förmigen Rohr, das in eine Flüssigkeit wie Stickstoff mit niedrigem Gefrierpunkt hineinragt. Durch Änderung der Temperatur der Flüssigkeit konnten Wissenschaftler einige Gase mit niedrigeren Gefrierpunkten am Boden der Kühlfalle einfangen.

„Es gibt wahrscheinlich 25 Anlagen auf der Welt, die Gas auf diese Weise verarbeiten“, sagte Simon. Er fügte hinzu, dass dieser Ansatz nicht nur zur Untersuchung des Ursprungs von Planetenmaterialien verwendet werden kann, sondern auch auf Gase angewendet werden kann, die von heißen Quellen und von den Wänden aktiver Vulkane ausgestoßen werden.

Natürlich liefern diese Quellen viel mehr Gas, als Perseverance in seinen Probenröhrchen bereitstellt. Wenn aber ein einzelnes Röhrchen nicht genug Gas für ein bestimmtes Experiment enthält, können Mars-Wissenschaftler Gase aus mehreren Röhrchen kombinieren, um eine größere kombinierte Probe zu erhalten – eine weitere Methode, die der Wissenschaft zusätzliche Möglichkeiten bietet.

Der Perseverance Mars Rover der NASA

Der Perseverance Rover der NASA, Teil der Mars 2020-Mission, ist ein fortschrittliches mobiles Labor zur Erforschung der Marsoberfläche. Der Rover wurde am 30. Juli 2020 gestartet und landete am 18. Februar 2021 im Jezero-Krater auf dem Mars. Die Hauptaufgabe von Perseverance besteht darin, nach Spuren antiken Lebens zu suchen und möglicherweise Gesteins- und Regolithproben (gebrochenes Gestein und Boden) zu sammeln zurückkehren. grundieren.