GAS METANO EN MARTE

Estudios confirmativos y una cuestión sin resolver.

¿Hay metano en la atmósfera marciana? Los científicos planetarios han estado tratando de resolver este enigma durante casi dos décadas, pero las respuestas definitivas siguen siendo difíciles de alcanzar. Ha habido varias detecciones de la molécula por diferentes instrumentos, como el rover Curiosity de la NASA, el orbitador Mars Express de la Agencia Espacial Europea (ESA), así como varios telescopios terrestres. Pero la fiabilidad de estas detecciones ha sido ampliamente debatida, y la comunidad científica aún está dividida.

Durante los últimos 20 años, los científicos han estado tratando de determinar si la atmósfera marciana contiene metano. La presencia de la molécula podría revelar procesos que suceden bajo tierra, como reacciones químicas entre agua líquida y minerales ricos en hierro o incluso actividad microbiana. Sin embargo, los orbitadores e incluso el Rover Curiosity han proporcionado mediciones contradictorias sobre si el gas está presente.

El debate sobre el metano

La búsqueda de metano se ha convertido en una fuente de acalorado debate entre los científicos, ya que las mediciones obtenidas de diferentes instrumentos han arrojado resultados contradictorios. Por un lado, el rover Curiosity ha observado un patrón estacional repetido durante tres años en Marte, donde la abundancia de metano varía de 0.2 a 0.7 partes por billón por volumen (ppbv). Curiosity también detectó picos aquí y allá en la concentración de metano, conocidos como penachos. En 2013, uno de estos penachos alcanzó 5.78 ppbv. Además, el espectrómetro planetario de Fourier (PFS) a bordo del orbitador de la Agencia Espacial Europea (ESA), Mars Express, confirmó el penacho desde la órbita, justo un día después de la medición del Rover. El instrumento PFS vio hasta 15.5 partes por billón por volumen (ppbv) el 16 de junio de 2013. El equipo de PFS también realizó simulaciones atmosféricas y análisis geológicos para rastrear el origen de la emisión de metano, señalando un área de falla al sureste del cráter Gale.

Esta ilustración muestra un ciclo propuesto en los niveles de metano en Marte, como se ve en Curiosity (puntos), junto con las formas en que el gas podría llegar a la superficie marciana desde abajo. Las fuentes potenciales de metano incluyen metano-génesis por microbios, degradación ultravioleta de compuestos orgánicos o química de rocas de agua. El metano podría ser destruido posteriormente por fotoquímica atmosférica o reacciones superficiales, como ejemplos. Las estaciones se refieren al hemisferio norte. NASA / JPL-Caltech.

Confirmar la presencia de metano es un gran premio para los investigadores, ya que este gas podría estar relacionado con la vida o la actividad geológica. En la Tierra, las fuentes biológicas, incluido un tipo de bacteria llamada metanógenos que se encuentran típicamente en ambientes anaeróbicos como suelos inundados o intestinos de vacas, producen el 95% del metano en nuestra atmósfera. Los procesos geológicos también liberan metano en la atmósfera de la Tierra, por ejemplo, ciertas reacciones entre minerales como el piroxeno (Los piroxenos son un importante grupo de silicatos que forman parte de muchas rocas ígneas y metamórficas​) y el agua. Dado que los últimos ingredientes también están presentes en Marte, el metano marciano podría originarse a partir de reacciones geoquímicas similares. El gas marciano también se pudo producir hace eones (unidades geolgícas), cuando el agua líquida estaba más fácilmente disponible, y luego quedó atrapada bajo tierra o ligada al hielo enterrado.

Hay varias formas de agregar metano a la atmósfera de Marte (y eliminarlo nuevamente). Aunque los microbios son la posibilidad más emocionante, otras fuentes probables incluyen reacciones entre el agua y los minerales olivino o piroxeno, o la radiación ultravioleta solar que rompe el polvo meteorítico en la superficie del planeta. NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. de Michigan.

Pero este escenario sigue siendo incompleto: incluso si el metano se liberara en episodios de corta duración, los modelos actuales sugieren que debería quedarse en la atmósfera de Marte durante otros 300 años más o menos antes de descomponerse y escapar al espacio. Entonces, TGO aún debería poder encontrar el metano. El hecho de que no sugiera que los científicos tendrán que encontrar otro mecanismo que pueda eliminar el metano de la atmósfera más rápidamente.

"El metano en Marte parece aparecer y desaparecer rápidamente, lo que sugiere la presencia de un mecanismo de destrucción capaz de eliminar eficientemente este gas de la atmósfera", dice Giuranna. “Ya se han propuesto varios mecanismos y algunos de ellos parecen ser capaces de explicar las variaciones observadas en el espacio-tiempo. Sin embargo, estos todavía son resultados preliminares de simulaciones o experimentos realizados en el laboratorio con muestras limitadas, y su validez general e importancia estadística aún no se ha demostrado ".

Webster cree que se necesitan más observaciones; idealmente, la confirmación de la presencia de metano provendría de todos los instrumentos capaces de detectar metano. "Este último desarrollo de PFS prepara el escenario para la observación final de un pulso futuro en metano para ser visto simultáneamente por PFS, TGO y Curiosity", dice Chris Webster (JPL), investigador principal del Espectrómetro Láser Ajustable a bordo del Rover Curiosity. "¡Entonces seamos pacientes y veamos qué más sorpresas tiene el Planeta Rojo!"

Otra posible explicación es que algún mecanismo desconocido elimina el metano de la atmósfera rápidamente y a baja altitud. Los investigadores han estimado que los niveles de fondo que Curiosity ha detectado alcanzarían niveles medibles por TGO en solo 20 años. "Es muy poco probable que Curiosity se encuentre en la única fuente de metano en Marte", dice Korablev. Además, cualquier mecanismo de eliminación debe afectar solo al metano, ya que los modelos existentes reproducen otros componentes de la atmósfera marciana perfectamente.

Una diferencia clave entre las mediciones realizadas por TGO, Curiosity y Mars Express es dónde están mirando y cuándo. Mientras Curiosity toma muestras del aire a 1 metro sobre el suelo, TGO lucha por ver por debajo de los 4 km de altitud, lo que hace que las mediciones sean difíciles de comparar directamente. Chris Webster (Laboratorio de Propulsión a Chorro), investigador principal del Espectrómetro Láser Ajustable a bordo del Curiosity Rover, explica que los mecanismos atmosféricos pueden atrapar el metano cerca de la superficie por la noche, mientras que durante el día puede difundirse a altitudes más altas. "La parte más baja de la atmósfera marciana puede ser un lugar especial para la contención de metano", agrega Webster.

Curiosity detecta gran olor a metano en Marte.

Ahora lo ves, ahora no: el rover Curiosity en Marte detectó el nivel más alto de metano hasta el momento, pero un experimento de seguimiento vio retroceder esos niveles en una semana. Los científicos están trabajando para comprender la importancia del resultado.

El lunes 17 de junio 2019, la NASA anunció que su rover Curiosity en Marte ha detectado el nivel más alto de metano hasta la fecha: 21 partes por billón en volumen (ppbv). Eso es aproximadamente el doble que el récord anterior. El anuncio precedió a la conferencia de astrobiología AbSciCon de la NASA en Belleview, Washington, donde Paul Mahaffy, el investigador principal del instrumento de Análisis de Muestras en Marte (SAM) a bordo del rover, habló brevemente sobre el nuevo resultado.

Pero espere, hay más: cuando SAM olfateó el aire nuevamente, solo días después del olor sin precedentes, el metano se había ido. Los niveles habían vuelto a niveles de fondo de aproximadamente 1 ppbv. (Si toma una unidad de volumen, una billonésima parte de ella sería metano).

Ha habido una controversia en curso sobre el metano en el aire marciano. Curiosity ha detectado picos de metano durante su tiempo en la superficie, aunque en otras ocasiones ha reportado niveles de metano cercanos a cero. Algunos de los picos de metano de Curiosity han sido confirmados por mediciones orbitales de Mars Express. Pero el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la Agencia Espacial Europea no ha encontrado evidencia del gas, incluso durante uno de los picos de Curiosity.

¿Una posible resolución?

Los científicos ahora han llegado a una explicación que podría conciliar las mediciones dispares. Al modelar la difusión de gases en la atmósfera marciana a lo largo de los ciclos diarios y estacionales, han determinado que una pequeña pero constante liberación de metano dentro del Cráter Gale, donde deambula Curiosity, podría explicar sus medidas. Los instrumentos de Curiosity están diseñados para medir metano en la noche, cuando la atmósfera está relativamente quieta. Una atmósfera más estable podría retener más fácilmente las moléculas que se escapan de una fuente subterránea. Esto explica por qué el vehículo detectó metano. TGO, por otro lado, mide la abundancia de metano alrededor del atardecer después de un día de mezcla atmosférica impulsada por el sol, cuando el metano ya se ha diluido demasiado para recogerlo.

John Moores (York University, Canadá) y sus colegas han calculado que si las fuentes locales en Gale Crater generaran menos de 2.8 kilogramos de metano todos los días, eso explicaría las mediciones nocturnas de Curiosity pero no aumentaría los niveles globales por encima del límite de detección de 0.05 ppbv de TGO . Los investigadores estiman que menos de 27,000 kilómetros cuadrados de superficie marciana podrían arrojar metano a esta baja tasa.

"¡De hecho, es una cantidad muy pequeña de metano!", Dice Moores. "Es aproximadamente 20,000 veces menos que las filtraciones más pequeñas encontradas en la Tierra".

Es importante tener en cuenta que esta pequeña tasa de producción de metano no descarta ninguna explicación posible de su origen, agrega Moores. "Para las soluciones que involucran la degradación del carbono orgánico por cualquier medio, Marte tiene mucho menos material que la Tierra, por lo que anticiparía que la cantidad de metano producido sería mucho menor", dice Moores. "Para las reacciones de agua y roca, estos también podrían proceder lentamente, dando como resultado muy poco metano".

Marco Giuranna (Instituto Nacional de Astrofísica, Italia), el investigador principal del instrumento Mars Express PFS, dice que estos resultados son consistentes con sus propios hallazgos. Sugirió que el metano observado por Curiosity, y confirmado por Mars Express en 2019, se emitió desde una región a 500 km al este del cráter. Un posible mecanismo que ha propuesto es que una capa de hielo enterrado atrapa metano bajo tierra y luego lo libera en explosiones repentinas.

"Desde mi perspectiva, el aspecto más desconcertante de la pregunta sobre el metano no es, ¿por qué hay tanto, sino por qué hay tan poco?", Dice Moores. Cientos de toneladas de carbono orgánico caen en Marte cada año en forma de partículas de polvo interplanetario, explica. "Cuando colocamos este material bajo iluminación UV en un laboratorio aquí en la Tierra, genera enormes cantidades de metano, ¡lo suficiente como para que la atmósfera de Marte contenga 10 ppbv de metano todo el tiempo!" ¡Considerando que los modelos muestran que cualquier gas debe ser rápidamente distribuida por toda la atmósfera, la pequeña cantidad de metano es desconcertante, aunque Giuranna argumenta que los cambios diarios en la mezcla atmosférica podrían ayudar a explicarlo.

El debate continúa.

La explicación de la mezcla atmosférica solo funciona para las observaciones de metano a largo plazo: las plumas de corta duración son una pregunta diferente. Podrían no estar relacionados con la constante filtración del subsuelo. "Soy de la opinión de que los penachos y el fondo son procesos separados, por lo que uno no excluye al otro", dice Moores. "La filtración de fondo es continua y ocurre en ausencia de otros efectos".

Pero otros científicos no creen que la solución propuesta a la cuestión del metano sea factible. "La curiosidad informa niveles entre 0.4 y 0.5 ppbv, pero eso es diez veces más de lo que sabemos que no hay", dice José Juan López-Moreno (Instituto Andaluz de Astrofísica, España), investigador co-principal del instrumento NOMAD del TGO. "El metano no se esconde".

En cambio, López-Moreno propone una resolución diferente al debate: "No hay un misterio de metano en Marte porque no hay metano".

Las respuestas definitivas solo vendrán de mediciones más frecuentes, señala Moores, preferiblemente de orbitadores o rovers. "Mi trabajo se basa en 12 puntos de datos recopilados durante 7 años en Marte", explica. “Una vez creímos que las concentraciones de metano cambiaron en el orden de los siglos. Luego vimos con TLS [instrumento a bordo de Curiosity] que cambian en el transcurso de las estaciones. Ahora parece que las concentraciones de metano pueden cambiar en el transcurso del día”. Quizás la próxima generación de rovers, comenzando con Marte 2020, pueda resolver la controversia.

La impresión de un artista muestra el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) analizando la atmósfera marciana utilizando el llamado método de ocultación solar. Los instrumentos a bordo del TGO examinan la atmósfera superior al atardecer.

Medialab ESA / ATG.

Fuente

Sky and Telescope Magazzin/ Javier Barbuzano/ Monica Young

Javier Barbuzano es un escritor y comunicador científico bilingüe español-inglés. Se graduó de la Universidad de Boston con una maestría en periodismo científico.

Monica Young, astrónoma profesional de formación, es editora de noticias de Sky & Telescope.

NASA / JPL / Caltech / MSSS.

NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. de Michigan.

Medialab ESA / ATG.