Nyolc éve keresi az élet nyomait a Marson a NASA fáradhatatlan űrszondája, a Curiosity

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Több mint nyolc éve dolgozik a Marson az amerikai űrügynökség autó méretű, nukleáris áramforrással felszerelt marsjárója, a Curiosity. A legbonyolultabb szonda, melyet valaha az emberiség egy másik égitest felszínére juttatott, feltárta, hogy több mint  3,5 milliárd évvel ezelőtt az élethez és anyagcseréhez nélkülözhetetlen kémiai elemek és stabil, folyékony vizes környezet is megtalálhatók voltak a Marson.

A marsjáró ehhez eddig közel harminc fúrásos mintavételt végzett, és a mintákat két fejlett tudományos laboratóriumában elemezte, hogy megállapítsa kémiai és ásványi összetételüket. A küldetés így teljesítette fő célját, ami az volt, hogy megállapítsa: lakható volt-e egykor a Mars. Ez persze nem azt jelenti, hogy a lakható környezetben valóban voltak is élőlények, hanem annak az elvi lehetőségét veti fel.

Az elmúlt két évben a kutatók már annak a megfejtésén dolgoztak a Curiosityvel, hogy miként alakult át a Mars a noachian időszakban, 4,1-3,7 milliárd évvel ezelőtt az élet számára barátságosabb, felszíni folyékony vízzel rendelkező bolygóból a ma ismert, hideg és száraz állapotába. Ez az átmenet a Mars hesperian időszakában zajlott le, ami 3,7 milliárd évvel ezelőttől nagyjából 3 milliárd évvel ezelőttig tartott. A noachian végén keletkező Gale-kráter, amelyben a Curiosity a vizsgálatait végzi, mindkét időszakról, így a kulcsfontosságú átmenetről is információkkal szolgál.

A 2012 augusztusában a Marsra ért Curiosity első hét évének felfedezéseit és a marsjáró működését ebben a tavalyi cikkünkben foglaltuk össze. Akkor, 2019 közepén a marsjáró a kráter közepén magasodó Aeolis Mons (Mount Sharp) agyagos rétegeit vizsgálta, amik a szerves anyagok potenciális megőrzése mellett az ősi nedves környezet jellemzőiről árulkodnak a kutatóknak. 

Dinamikusan változó környezet és a talajvíz fontos szerepe

Mielőtt korábbi cikkünktől felvennék a fonalat, pár hónapot vissza kell mennünk az időben. 2018 elejétől 2019 januárjáig a Curiosity az Aeolis Mons lejtőin található, Vera Rubin amerikai csillagászról elnevezett hátságon dolgozott. Ezen a Mars körüli pályán keringő szonda, a Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) nagy mennyiségű hematit vasoxid ásványt mutatott ki, amit a Curiosity mintavételei és a CheMin kémiai és ásványi összetételt vizsgáló laboratóriumának elemzései is megerősítettek. 

A hematit jelentőségét az adja a marskutatás számára, hogy főleg folyékony víz jelenlétében keletkezik, így jelenléte nagy valószínűséggel egykori nedves, viszonylag semleges kémhatású környezetekre utalhat. Egy hasonló, Mars körüli pályáról való hematitészlelés vezette arra a szakembereket még 2003-ban, hogy az Opportunity marsjáró leszálóhelyeként válasszák ki a Meridiani-síkságot. Az Opportunity néhány héttel landolása után rá is bukkant a hematitgömböcskékre, mégpedig nem is kevésre. A kutatók szerint a Vera Rubin hátság kőzeteiben talált hematitot talajvíz hozhatta létre, jóval a Gale-kráter felszínének kiszáradása után. Ez a talajvíz potenciálisan több tízmillió évig, vagy talán hosszabb ideig is élőhelyet biztosíthatott esetleges mikrobák számára.

A Curiosity robotkarján lévő kamera által készített szelfin a marsjáró által vizsgált agyagos réteg és két friss fúrásminta láthatóFotó: NASA/JPL

A Vera Rubin hátságot hátrahagyva a Curiosity elkezdett ereszkedni, hogy az Aeolis Mons lejtőjének újabb területeit vizsgálja. A célpont a hatalmas agyagos réteg volt, amelyet szintén keringőegységek megfigyelései alapján azonosítottak a szakemberek, és vizsgálata a Curiosity egyik fő célja volt. Az agyagos réteghez 2019 első felében érkezett meg a marsjáró, és neki is látott a kőzetek fúrásának, illetve a belőlük származó minták kémiai elemzésének. A kőzetminták mellett természetesen vizsgálta a marsi környezetet is, és lenyűgöző felvételeket készített a marsi felhőkről.

A Curiosity navigációs kamerájának 2019. májusi felvételei a marsi felhőkrőlGif: NASA/JPL

Az első két agyagos rétegben végzett mintavétel igazolta az agyagásványok jelenlétét: a CheMin laboratórium a küldetés során mért legnagyobb agyagásvány-koncentrációt mutatta ki bennük. A kutatók azt valószínűsítik, hogy az agyag a Gale-kráter egy részét kitöltő tóban keletkezett, amikor még a bolygó klímája lehetővé tette jelentős mennyiségű felszíni folyékony víz legalább időszakos jelenlétét. A területen a Vera Rubin hátsággal ellentében a CheMin kevés hematit ásványt talált.

A Curiosity 2019 nyarán tovább kutakodott a területen. Addigra a kutatóknak sikerült megállapítaniuk, hogy miért tűnhetett ki ennyire ennek a résznek az agyagásvány-tartalma az MRO keringőegység mérésein, amikor a fúrásminták nem találtak kiugróan nagyobb koncentrációt más területekhez képest. A megfejtés kulcsa az lehet, hogy a Curiosity itt rengeteg kavicsra és törmelékre bukkant, amit az MRO egyenként nem tud ugyan érzékelni, együttesen mégis létrehozhatják a megfigyelt „agyagásványjelet". Emellett a közel vízszintes sziklákat és alapkőzetet a Mars felszínén mindenütt jelenlévő por könnyebben el tudja takarni az MRO műszerei elől, mint a kavicsokat.

A dinamikus környezetben keletkezett Strathdon-szikla a Curiosity 2019 júliusi felvételénFotó: NASA/JPL

A Mars korábbi időszakait feltáró rétegekkel ellentétben a 2019 nyarán, az agyagos területen talált Strathdon-szikla dinamikusabb környezetről árulkodik. A szikla által reprezentált rétegeket a szél, a folyóvíz, vagy éppen mindkettő formálhatta jelentős mértékben. A kutatók szerint a Strathdon-szikla és más, az agyagos területen végzett megfigyelések összetett képet tárnak fel a marsi környezet megváltozásáról, és arra utalnak, hogy a nedves és a száraz környezet közti átmenet nem volt egyenletes, egyirányú folyamat. Praktikusan ez azt jelenti, hogy a Gale-krátert egykor kitöltő tó olyan dinamikusan változó környezet lehetett, ahol nedvesebb és szárazabb időszakok váltották egymást.

Ezt a forgatókönyvet erősítik azok a 2019 októberében közölt eredmények, amik a Curiosity két évvel korábbi, a Sutton-sziget formációnál végzett vizsgálatait mutatják be. Ahogy arról részletesen beszámoltunk, a Nature Geoscience folyóiratban megjelent tanulmány egy ilyen, hosszabb ideig tartó száraz epizódra talált bizonyítékokat. Ekkor magas sótartalmú tavacskák lehettek a Gale-kráterben, amelyek szulfátos ásványokat hagytak hátra.

7 évet kellett várni az első kőzetminta nedves kémiai vizsgálatára

2019 őszét a marsjáró egy sok kutató által régóta várt vizsgálattal kezdte (aminek elhúzódásáért a Curiosity-küldetés vezetését korábban komoly kritikák érték). Az év szeptemberében a marsjáró SAM laboratóriumában sikeresen elvégezte az első, fúrásból származó kőzetminta úgynevezett nedves-kémiai vizsgálatát.

Ahogy azt már korábban összefoglaltuk, a SAM marsi kőzet- vagy talaj- és légköri minták felhevítésével és a távozó gázok vizsgálatával azok kémiai összetételét állapítja meg egy gázkromatográf, illetve tömegspektrométer és lézerspektrométer segítségével. A beérkező mintákat a SAM 68 kapszulában tudja tárolni, amelyek közül 59 többször használható, 9 pedig különleges, mert kémiai oldószert tartalmaznak. Ez utóbbiakkal nedves kémiai kísérleteket lehet végezni, amelyekkel könnyebben detektálhatók a szerves molekulák.

A 9 kapszulából egyet már 2016 decemberében elhasznált a marsjáró, amikor még úgy tűnt, hogy a fúrója végleg működésképtelenné vált. Ekkor az irányítók egy a mintavevő rendszerben megmaradt marsi pormintát helyeztek a SAM-be, a Curiosity pedig rendben elvégezte a vizsgálatot. Majdnem három évvel később, 2019. szeptember 24-én az agyagos rétegben található Glen Etive 2 fúrólyukból vett minta jutott ugyanerre a sorsra, amire, ha a Curiosity 2016 végén elromlott fúróját nem sikerül 2018 nyarán beüzemelni, valószínűleg sosem kerülhetett volna sor.

A Glen Etive fúrólyukak és a nedves kémiai kísérlet helyszíne a Curiosity által 2019 októberében készített szelfinFotó: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Az agyagos kőzetek talán a legjobb lehetőséget biztosítják a szerves molekulák megőrzésére a Mars mostoha körülményei között. A kutatók a kísérlettel arra voltak kíváncsiak, hogy milyen szerves molekulák maradhattak meg ezekben a kőzetekben a Glen Etive területen. A minta további vizsgálata emellett fényt deríthet arra is, hogyan formálódott az egész agyagos régió. A nedves kémiai kísérlet eredményeit a szakemberek 2020-ban kívánták publikálni, de ez valószínűleg a koronavírus-járvány miatt 2021-re csúszott.

Hidegebb és melegebb időszakok válthatták egymást

Mielőtt a korábban részletezett átmeneti időszak bekövetkezett, a Gale-kráter elméletileg az élet számára sokkal barátságosabb, felszíni folyékony vízben gazdag környezetet biztosíthatott. Az máig nem tisztázott, hogyan volt képes az ősi Mars klímája a Curiosity és korábbi marsjárók által megfigyelt hosszú életű folyók, tavak vagy nedves környezetek fenntartására, főleg nagy mennyiségű légköri szén-dioxid hiányában.

Az idén májusban a Nature Astronomy folyóiratban közzétett eredmények talán az első olyan felszíni bizonyítékot szolgáltatják, ami elvezethet a dilemma feloldásához. A SAM laboratórium által több év alatt gyűjtött adatok alapján a kutatók olyan kőzeteket találtak, amelyek valószínűleg egy jég által borított tóban keletkeztek a Gale-kráterben.

Ez minimum arra mutat, hogy a Mars korai időszakában a több tízmillió éves melegebb periódusok mellett voltak hidegebb időszakok is, ami jobban összhangban áll a klímamodellek által feltételezett egykori körülményekkel. Az eltérő klímatikus periódusokért a Mars tengelyferdeségének változása vagy vulkáni aktivitás is felelős lehetett. Külön probléma még a melegebb korai marsi klíma mellett érvelők számára, hogy azt szinte csak egy vastag, szén-dioxidból álló légkör tudta volna biztosítani. Ennek pedig lenyomatot kellett volna hagynia a kőzetekben, karbonátok formájában. Ugyanakkor a Curiosity eddig nem talált annyi karbonátot, ami ezt a forgatókönyvet támogatná.

A SAM laboratórium ötévnyi, 13 kőzet- és pormintát felölelő vizsgálata viszont fontos részleteket tárt fel a megtalált kevés karbonátnak köszönhetően. A SAM képes a mintákból távozó szén-dioxid és oxigén izotópjait vizsgálni, amelyek különböző tömegűek, és ezért eltérő módon vesznek részt a kémiai folyamatokban, utalva a kőzetek és ásványok formálódásának körülményeire. Az oxigén és a szén-dioxid izotópjainak megfigyelt eloszlását legjobban az a hipotézis magyarázza meg, hogy a karbonátokat tartalmazó kőzetek egy jéggel fedett tóban keletkezhettek. 

Az is lehetséges, hogy az egykori légkörből távozó szén-dioxid egy része nem karbonátokban, hanem más ásványokban, például oxalátokban kötődött meg. Ezt a hipotézisüket a kutatók arra alapozzák, hogy a SAM az oxalátoknak megfelelő hőmérsékleten figyelte meg egyes mintákban a szén-dioxid távozását, ami a karbonátoknak még túl alacsony lett volna. Míg oxalátokat a Földön többnyire növények állítanak elő, a Mars esetében abiotikus, azaz élettelen fotoszintetikus folyamatok hozhatták létre őket, a megfelelő ásványok, illetve a víz és a napfény találkozása során.

Nem jutottunk közelebb a metánrejtély megoldásához

Amiben a Curiositynek sajnos nem sikerült előrelépést elérnie 2019 elejéhez képest, az a Mars légkörében lévő metán lassan két évtizedes rejtélye. A metán vulkáni tevékenység és geokémiai folyamatok mellett biológiai aktivitás jele is lehet. A Marson a szakemberek szerint ma a geokémiai eredet tűnik legvalószínűbbnek, de új eredmények fényében vulkáni forrás sem zárható ki teljesen.

Ahogy arról 2019 áprilisában beszámoltunk, az európai Trace Gas Orbiter keringőegység, amelynek többek között pont a marsi metán feltérképezése volt a feladata, nem tudta megerősíteni a Curiosity metánra vonatkozó felszíni méréseit, melyek 15 ppbv (a molekula száma egy adott térfogatban, egymilliárd részecskére vetítve) koncentrációnyi metánra utaltak.

Az ábra a Curiosity által mért metán lehetséges keletkezéseinek módjait ismerteti. Ezek alapján a metán származhat a Marsra hullott egyszerű szerves anyagok lebomlásából, felszín alatti kémiai reakciókból, olivinásványok és víz szén-dioxid jelenlétében létrejövő reakciójából, valamint lehet biológiai aktivitás melléktermékekeIllusztráció: NASA/JPL/SAM-GSFC

2019 júniusában aztán a marsjáró, a korábbi felszíni méréseket lényegében igazolva, újabb szokatlanul magas metánkoncentrációt érzékelt. A SAM laboratórium adatai alapján a koncentráció ekkor 21 ppbv lehetett, ami több mint 21-szerese a Curiosity által általában érzékelt metán mennyiségének. Néhány nappal később, egy újabb mérés során a metán szintje a kráterben visszaesett a megszokott, 1 ppbv alatti értékre. Ez a korábbi mérésekkel együtt arra utal, hogy a Curiosity rövid ideig tartó metánkibocsátásokat érzékel. Azt azonban, hogy a metánt milyen folyamat hozza létre, a marsjáró műszerei ebben a koncentrációban nem tudják meghatározni.

Ha pedig a metánrejtély nem lenne elég, 2019 végén az oxigénszint évszakos változásának magyarázata is kihívás elé állította a kutatókat. Az eddigi adatokból úgy tűnik, hogy az oxigén és a metán szintje együtt mozog, ami arra utalhat, hogy az ingadozásokért azonos kémiai folyamat felelős.

A jövő: hegymászás egy folyóvölgyben a szulfátos rétegekhez

2019 novemberének vége és december eleje között a Curiosity elkészítette eddigi legnagyobb felbontású, 1,6 gigapixeles panorámaképét. Ez egészen lenyűgöző szinten tárja fel az Gale-kráter falának részleteit, köztük a Peace Vallis folyóvölgyet, amelynek torkolatát küldetésének elején vizsgálta a marsjáró.

A Curiosity panorámaképének közepén a kráterfalon kanyargó Peace Vallis folyóvölgy láthatóFotó: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Idén februárban a Hutton területen fúrt és szelfit készített a Curiosity, majd március elején a Greenheugh domboldalra mászott fel, a küldetés eddigi legmeredekebb útja során. Ennek sikeres teljesítéséhez három próbálkozásra volt szükség, amik közül a második alkalommal 31 fokos meredekséget mért a marsjáró, csak 1 fokkal elmaradva az Opportunity által 2016-ban elért 32 fokos marsi rekordtól. A Greenheugh területen a Curiosity szél által létrehozott homokkőrétegek közé ékelődött, víz jelenlétében keletkező formációkra bukkant.

Napokkal később a koronavírus-járvány miatt az irányítóknak otthoni munkára kellett áttérniük, a marsjáró küldetéséért felelős JPL kutatóintézetben csak a Perseverance indítását előkészítő szakemberek maradhattak.

A Föld és a Vénusz a marsi égbolton a Curiosity által 2020 júniusában készített felvételenFotó: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Júniusban a marsjáró csillagászati megfigyeléseket végzett: 75 perccel naplemente után lefényképezte a Földet és a Vénuszt a marsi égbolton.

Júliusban a Curiosity egy 1,6 kilométeres utat kezdett meg, amellyel egy homokdűnés régiót kerül ki, és közelebb jut az Aeolis Mons hegyoldalában található következő célpontjához. Bár a közeljövőben a Curiosity még az agyagos rétegben fog haladni, a cél egy távolabb fekvő régió elérése. A terv az, hogy a marsjáró az Aeolis Mons hegyoldalán lévő Gediz Vallis folyóvölgyön keresztül egy magasabban fekvő, így fiatalabb, szulfátásványokban gazdag rétegeket ér majd el.

A Curiosity jövőbeli útvonalát fehér csíkkal illusztráló GIF-en a különböző rétegek (zölddel az agyagos, sárgával a szulfátos), valamint a Gediz Vallis folyóvölgy láthatóFotó: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Augusztusban, a Mars déli féltekéjén a nyár közeledtével, egyre szelesebb viszonyok kezdtek uralkodni a kráterben. Így nem meglepő, hogy az Aeolis Mons előterében elhaladó hatalmas porördögöt észlelt a Curiosity. A forgószelek viszonylag gyakoriak a Marson, vizsgálatuk pedig a bolygó légkörének és időjárásának jobb megértéséhez vezethet.

A szulfátos ásványokkal borított terület felé tartva október végén újabb szelfit készített a marsjáró, mégpedig a Mary Anning őslénykutatóról elnevezett területen. Itt a Curiosity július és október között három fúrásos mintavételt végzett, és elemezte a mintákat, mielőtt október végén továbbállt volna a szulfátos réteg irányába. Ennek alacsonyabban fekvő részeihez 2021 elején juthat el. A szakemberek reményei szerint az elpárolgó vízben képződő szulfátos ásványok további fontos információkkal szolgálhatnak a Mars szárazabb klíma felé történő átmenetéről.

Szintén 2021 elején ér a Marsra a Perseverance marsjáró, az egykor folyódeltákkal és tóval rendelkező Jezero-kráterben. Itt ősi életnyomok után kutat majd, illetve mintákat készít elő a későbbi Földre való visszahozatalra. A Perseverance megérkezésétől a Curiosity Gale-kráterben való vizsgálódása azonban nem lesz kevésbé fontos. Egyrészt a két szondának a bolygó eltérő pontjain végzett megfigyeléseinek összevetése reálisabb képet adhat majd az egykori Mars viszonyairól, másrészt, a Curiosityre több évnyi izgalmas tudományos program vár, amíg ennek nem lesz valamilyen technikai akadálya.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: