ExoMars descubre que el inusual equilibrio de carbono en Marte se explica por la luz solar

El ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ha revelado cuán extrañamente “ligero” se forma el monóxido de carbono en la atmósfera de Marte. El hallazgo ofrece una mejor imagen de cómo se formó la materia que contiene carbono en el Planeta Rojo y ayuda a aclarar un descubrimiento desconcertante realizado por el rover Curiosity de la NASA el año pasado.

Las observaciones de TGO muestran que un proceso en juego en la atmósfera de Marte (donde el dióxido de carbono es dividido por la luz solar) forma monóxido de carbono que contiene menos carbono “pesado” de lo que esperaríamos.

El hallazgo es consistente con la idea de que una combinación de luz solar y química compleja, más que vida, dio lugar a los compuestos a base de carbono (‘materia orgánica’) que vemos en la superficie marciana.

Cómo se podría crear material que contenga carbono en Marte

Rastreando el carbono de Marte

La atmósfera de Marte contiene tanto carbono ligero (carbono-12, que representa la gran mayoría del carbono en el Sistema Solar) como carbono pesado (el isótopo carbono-13: un átomo de carbono-12 con un neutrón extra).

Medir las cantidades relativas de estos isótopos puede revelar mucho sobre el pasado y el presente de un entorno. Muchos procesos, tanto a corto como a largo plazo, afectan esta proporción, incluido cómo las sustancias se descomponen en la luz solar, cómo escapan al espacio desde las capas superiores de la atmósfera, cómo se condensan o se convierten en gas y, lo que resulta interesante, cómo se transforman. producido y consumido por formas de vida biológica.

“Medir la proporción isotópica de carbono en el monóxido de carbono es una manera poderosa de comprender de dónde proviene la materia orgánica del planeta y revelar la historia de habitabilidad de Marte”, dice Shohei Aoki de la Universidad de Tokio y el Instituto Real Belga de Aeronomía Espacial, y autor principal. de un nuevo artículo publicado en el Planetary Science Journal.

“En 2021, TGO trazó un mapa de la proporción de hidrógeno ‘normal’ a ‘pesado’ en el vapor de agua atmosférico de Marte para crear un ‘cronómetro’ con el que rastrear la historia y la evolución del agua del planeta. Ahora hemos aplicado el mismo enfoque al carbono que se encuentra en el monóxido de carbono atmosférico de Marte, algo que sólo pudimos hacer gracias a la exquisita sensibilidad y capacidad de TGO para perfilar muchas moléculas diferentes”.

Shohei y sus colegas analizaron los datos recopilados en ocho órbitas TGO en marzo-abril de 2022 por el instrumento NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) liderado por Bélgica. NOMAD observó cómo los rayos del Sol atravesaban la atmósfera de Marte, una perspectiva que reveló las cantidades, identidades y contenido de carbono de los gases presentes.

Cráter GALE – ESA

Una causa química

Las nuevas mediciones de carbono ayudan a aclarar un hallazgo desconcertante del rover Curiosity de la NASA el año pasado.

Varios de los depósitos de 3.500 millones de años muestreados por Curiosity en su lugar de aterrizaje, el cráter Gale, contenían cantidades sorprendentemente bajas de carbono pesado. Los investigadores sugirieron algunas posibles causas, que van desde nubes de polvo interestelar que caen periódicamente sobre Marte hasta microbios antiguos que eructan metano. En la Tierra, el agotamiento del carbono pesado a menudo es señal de vida, ya que varios procesos biológicos utilizan preferentemente isótopos de carbono más ligeros.

“Cualquier fenómeno en Marte que pueda ser causado por vida es motivo de entusiasmo, pero nuestros hallazgos apuntan en una dirección diferente”, dice el coautor Yuichiro Ueno de Tokyo Tech. Universidad. “En cambio, vemos que la causa del gran agotamiento de carbono observado tanto en el monóxido de carbono atmosférico de Marte como en el cráter Gale podría ser química”.

Las moléculas de dióxido de carbono en la atmósfera de Marte interactúan con la luz solar y se rompen para formar monóxido de carbono que se agota en carbono pesado, algo que también vemos que sucede en la atmósfera de la Tierra.

Los investigadores modelaron cómo este proceso afectaría el monóxido de carbono de Marte y sus resultados coinciden con lo que NOMAD realmente vio en Marte. Estos cálculos se presentan en un artículo complementario de Yoshida et al., también publicado en Planetary Science Journal.

Los resultados son consistentes con la idea de que la atmósfera del Marte primitivo era rica en monóxido de carbono y que este gas era responsable de formar la materia orgánica que se ve en la superficie del planeta.

Más profundo que nunca

El uso de proporciones de isótopos es una forma ampliamente aplicable de explorar el Universo; Podemos estudiar cuerpos de todo el Sistema Solar y el cosmos, como exoplanetas, para desentrañar así su historia y propiedades.

“Los dos instrumentos de búsqueda de gas de TGO, NOMAD y Atmospheric Chemistry Suite (ACS), están haciendo un gran trabajo mapeando las proporciones de isótopos en la atmósfera de Marte”, dice Colin Wilson, científico del proyecto ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA.

“Una verdadera fortaleza de las investigaciones de TGO es que tenemos múltiples formas de medir lo mismo. Estamos midiendo isótopos de carbono en diferentes moléculas utilizando NOMAD y ACS de forma independiente. De hecho, los resultados presentados aquí por NOMAD concuerdan con observaciones complementarias y modelos de isótopos de CO realizados por otro equipo que utiliza ACS, también publicado este mes, por lo que esto nos da mucha confianza en los resultados”.

Los hallazgos de Shohei y sus colegas resaltan la naturaleza colaborativa y complementaria de nuestras misiones para explorar el Sistema Solar. Por ejemplo, los resultados de TGO ayudarán a los científicos a interpretar los resultados de la próxima misión Martian Moon eXploration (MMX) de Japón, que devolverá muestras de la luna de Marte, Fobos.

“Al combinar observaciones de múltiples misiones, revelaremos nuevos detalles sobre la historia de Marte”, añade Colin. “En la superficie marciana, el próximo rover Rosalind Franklin de la ESA nos ayudará a comprender la superficie y la materia orgánica del planeta. El rover tiene capacidades de perforación únicas y un laboratorio científico que no tiene rival en ninguna otra misión en desarrollo. Podremos profundizar más que nunca en Marte”.

Notas para editores

“Agotamiento de 13C en CO en la atmósfera de Marte sugerido por ExoMars-TGO/NOMAD” por Aoki et al. se publica en la revista Planetary Science. Esta investigación utiliza principalmente datos del instrumento NOMAD liderado por Bélgica. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/acd32f

Los modelos y las observaciones están respaldados por los resultados presentados en un artículo complementario:

“Fuerte agotamiento de 13C en CO inducido por la fotólisis de CO2 en la atmósfera marciana calculado mediante un modelo fotoquímico” por Yoshida et al. Este artículo está publicado en el Planetary Science Journal (https://dx.doi.org/10.3847/PSJ/acc030).
Y son consistentes con observaciones complementarias y modelos de isótopos de CO realizados por un equipo que utiliza ACS:

“La fotoquímica en Marte reduce la abundancia de isótopos pesados ​​en el CO2 atmosférico y su eficiencia de escape al espacio” por Juan Alday et al. Este artículo está publicado en Nature Astronomy (https://www.nature.com/articles/s41550-023-01974-2).

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