Vůbec poprvé v dějinách výzkumu vesmíru se vědcům podařilo změřit sezónní změny koncentrací plynů, které tvoří atmosféru těsně nad povrchem Marsu – konkrétně v kráteru Gale. Výsledek mnoho lidí hodně překvapil – kyslík, který velká část živých organismů na Zemi potřebuje k životu, vykazuje jevy, které se nedají uspokojivě vysvětlit s využitím známých chemických procesů. Vozítko Curiosity pracuje na Marsu již více než šest let a pomocí přístrojů zkoumá své okolí. Jedním z těchto přístrojů je SAM (Sample Analysis at Mars), což je v podstatě malá chemická laboratoř v těle vozítka. Kromě jiného dokáže analyzovat plyny odebrané z okolí a určit jejich složení. Právě SAM proto hraje hlavní roli v rámci aktuálního objevu.

Podle měření z přístroje SAM tvoří atmosféru u povrchu z 95 % oxid uhličitý, dalších 2,6 % připadá na dusík, 1,9 % na argon, 0,16 % na kyslík a 0,06 % na oxid uhelnatý. Přístroj SAM nám navíc ukázal, jak se jednotlivé plyny míchají a cirkulují při změnách atmosférického tlaku v průběhu roku. Tyto změny způsobuje oxid uhličitý, který v zimě u pólů mění skupenství na tuhé, čímž klesne atmosférický tlak. Když se pak oxid uhličitý na jaře a v létě přemění zpět na plyn (vysublimuje), který se vrátí do atmosféry, dochází k navýšení atmosférického tlaku.

V rámci těchto poznatků vědce nepřekvapilo, že se dusík a argon chovají v jednotlivých ročních obdobích očekávatelným způsobem – jejich koncentrace v kráteru Gale roste a klesá v průběhu roku podle toho, kolik je v atmosféře oxidu uhličitého. Očekávali proto, že se kyslík bude chovat stejně, ale zmýlili se. Ve skutečnosti koncentrace kyslíku během jara a léta neustále rostla až o 30 % a následně na podzim spadla na hodnoty, které se očekávaly na základě známých chemických procesů. Nešlo přitom o náhodnou chybu měření – stejný průběh se opakoval každé jaro. V každém roce se sice množství kyslíku lišilo, ale i přesto se zdá, že zde probíhají reakce, které kyslík nejprve vyprodukují a následně jej zase naváží.

„Když jsme to viděli poprvé, tak to bylo prostě ohromující,“ přiznává Sushil Atreya, profesor klimatických a kosmických věd na University of Michigan ve městě Ann Arbor, který je zároveň spoluautorem studie na toto téma, která vyšla 12. listopadu v časopise Journal of Geophysical Research: Planets. Jakmile vědci objevili záhadu kyslíku, začali se pokoušet o její objasnění. Nejprve zkontrolovali správnost údajů z přístroje SAM, konkrétně jeho senzoru Quadrupole Mass Spectrometer.

Když celou kontrolu provedli i potřetí se stejnými výsledky, bylo jasné, že technika je v pořádku. Začali tedy rozvíjet myšlenku, že se molekuly oxidu uhličitého či vodní páry mohly rozpadnout a uvolnit kyslík, který by však existoval jen krátce. Že tato teorie nebude správná, se ukázalo, když jim výpočty ukázaly, že pro dosažení těchto koncentrací by bylo potřeba pětkrát větší koncentrace vodní páry pro produkci takového množství kyslíku. Oxid uhličitý se zase rozkládá příliš pomalu, aby vytvořil tolik kyslíku během relativně krátkého času.

A co zmíněný pokles koncentrace kyslíku? Mohlo by sluneční záření rozdělit dvouatomovou molekulu kyslíku na dva samostatné atomy, které by pak opustily planetu? Ne, vědci se shodují, že by kyslíku trvalo nejméně deset let, než by se tímto procesem vytratil.

„S vysvětlením máme problém,“ přiznává Melissa Trainer, planetární vědkyně z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu, která vede tento výzkum a dodává: „Skutečnost, že chování kyslíku není v každém ročním období stoprocentně stejné, nás vede k myšlenkám, že to nesouvisí s dynamikou atmosféry. Musí to mít nějaký chemický zdroj kyslíku a také reakci, která ho spotřebuje – jen je zatím neznáme.“

Vědci, kteří studují Mars, přiznávají, že příběh kyslíku je překvapivě podobný tomu, ve kterém již dlouhé roky vystupuje jiný plyn – metan. Nejjednodušší uhlovodík je v atmosféře Marsu v kráteru Gale vždy zastoupen v tak nízkých koncentracích (průměrně 0,000 000 04 %), že i pro nejcitlivější přístroje je velmi blízko detekčních limitů. I přesto se vědci snaží o jeho sledování – slouží jim k tomu opět přístroj SAM, který však využívá systém Tunable Laser Spectrometer. Na základě těchto měření se ukázalo, že koncentrace metanu v průběhu ročních období roste a klesá. V letních měsících však ze zatím neznámých důvodů vzrůstá jeho koncentrace až o 60 %. Občas také dochází k dramatickým a náhodným „špičkám“ měření koncentrací metanu – i v tomto případě vědci zatím nevědí proč.

S novými poznatky se tým Melissy Trainer začal zabývat otázkou, zda jevy podobné těm, které mají na svědomí sezónní kolísání koncentrací metanu, nemohou mít prsty i v kolísání koncentrace kyslíku. Minimálně občas totiž tyto dva plyny kolísají v tandemu. „Začínáme spatřovat tuto dráždivou korelaci mezi metanem a kyslíkem během velké části marsovského roku,“ říká Atreya a dodává: „Myslím, že na tom něco je. Jen na to zatím nemám odpověď – stejně jako nikdo jiný.“

Kyslík i metan mohou vznikat biologickými cestami (například mikroorganismy), nebo abioticky (třeba reakcí vody a některých hornin). Vědci zvažují všechny možnosti, ale je potřeba mít na paměti, že nejde o potvrzující důkaz biologické aktivity na Marsu. Ostatně Curiosity ani nemá přístroje, které by dokázaly rozhodnout, zda je metan či kyslík biologického či geologického původu. Podle odborníků je nebiologické vysvětlení pravděpodobnější, ale celá věc si vyžádá ještě důkladný rozbor, aby jí bylo možné plně porozumět.

Tým Melissy Trainer považuje za zdroj dodatečného jarního kyslíku marsovský regolit. Už z dřívějška totiž víme, že je v něm vázáno nemalé množství tohoto prvku. Jde třeba o peroxid vodíku nebo chloristany. Experiment z landerů Viking již před desítkami let ukázal, že teplo a vlhkost mohou z regolitu kyslík uvolnit. K tomuto experimentu však došlo za podmínek, které jsou dost odlišné od těch, které jsou na Marsu na jaře. Navíc by tohle vysvětlení pokrývalo jen fázi zvyšující se koncentrace kyslíku a nikoliv její propad.

Další možná vysvětlení zatím moc nedávají smysl. Například vysokoenergetické záření by po zásahu regolitu mohlo uvolnit kyslík do atmosféry, ale trvalo by miliony let, než by se do atmosféry uvolnilo dost plynu odpovídající jarnímu navýšení. „Zatím jsme neobjevili jediný proces, který by dokázal vytvořit množství kyslíku, jaké potřebujeme, ale domníváme se, že to má co do činění s regolitem, který se v průběhu ročních období mění, v atmosféře není dost atomů kyslíku, aby vytvořily jevy, které pozorujeme,“ říká Timothy McConnochie, pomocný výzkumník z University of Maryland a další spoluautor aktuální studie.

Před vozítkem Curiosity byl na Marsu jediný  přístroj schopný měřit složení „přízemních“ vrstev atmosféry Marsu na dvou identických landerech Viking, které k Rudé planetě dorazily v roce 1976. Jejich experiment ale trval pouze několik dní, takže nemohl odhalit změny koncentrace v průběhu roku. Výsledky z přístroje SAM jsou tedy první svého druhu a vědci s ním mají ještě velké plány. I nadále budou získávat nové údaje v průběhu dalších let. Třeba se v těchto datech podaří objevit něco, co tým Melissy Trainer ve spolupráci s dalšími experty vyřeší záhadu podivného chování kyslíku. „Vůbec poprvé vidíme tohle zajímavé chování v průběhu několika let. Nedá se říct, že bychom tomu úplně rozuměli,“ říká Trainer a dodává: „Podle mne je to výzva všem chytrým lidem, které to zaujalo. Přijdete na něco?“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://discovermagazine.com/~/media/Images/Issues/2015/may/oxygen.jpg
https://exploration.esa.int/…ExoMars_TGO_Mars_Earth_atmospheres_compared_625.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/mars_seasonal_oxygen_gale_crater.jpg
http://www.tendencias21.net/photo/art/grande/4951406-7391222.jpg
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a012900/a012967/poster-VX-61612-01-09-02-38.jpg
https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a012900/a012967/SAM_Curiosity_PIA13792.tif
https://upload.wikimedia.org/…/thumb/e/e4/Viking2lander1.jpg/1280px-Viking2lander1.jpg