Warum Wissenschaftler von der Luft in den Mars-Probenahmeröhren der NASA fasziniert sind

Warum Wissenschaftler von der Luft in den Mars-Probenahmeröhren der NASA fasziniert sind
Warum Wissenschaftler von der Luft in den Mars-Probenahmeröhren der NASA fasziniert sind
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Der Marsrover „Perseverance“ der NASA speichert Gesteins- und Bodenproben in versiegelten Röhren auf der Planetenoberfläche, damit zukünftige Missionen sie entnehmen können, wie in dieser Abbildung gezeigt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Klassifiziert mit jeder von gesammelten Gesteins- und Bodenprobe NASADer Perseverance Rover ist ein potenzieller Segen für Atmosphärenforscher.

Die Beharrlichkeit der NASA Mars Der Rover sammelt Proben auf dem Mars, darunter Gesteinskerne und atmosphärische Gase, die schließlich zur Erde zurückgebracht werden. Diese Proben könnten entscheidende Informationen über die Marsatmosphäre und ihre Entwicklung liefern und möglicherweise das Vorhandensein von mikrobiellem Leben vor Milliarden von Jahren aufdecken. Insbesondere die Gasproben könnten wertvolle Daten über Spurengase und das antike Klima des Planeten liefern, Parallelen zur atmosphärischen Geschichte der Erde ziehen und zukünftige bemannte Missionen zum Mars erleichtern.

Sammeln von Proben auf dem Mars

Mit jedem Gesteinskern, den der Marsrover Perseverance der NASA in seinen Probenröhrchen aus Titan versiegelt, sind Atmosphärenforscher etwas aufgeregter. Diese Proben werden für eine mögliche Lieferung zur Erde im Rahmen der Mars Sample Return-Kampagne gesammelt, von der bisher 24 gesammelt wurden.

Die meisten dieser Proben bestehen aus Gesteinskernen oder Regolith (gebrochenem Gestein und Staub), die wichtige Informationen über die Geschichte des Planeten liefern und Aufschluss darüber geben könnten, ob vor Milliarden von Jahren mikrobielles Leben vorhanden war. Aber einige Wissenschaftler sind genauso begeistert von der Untersuchung des „Kopfraums“, also der Luft, die in dem zusätzlichen Raum um das Gesteinsmaterial in den Röhren vorhanden ist.

Sie wollen mehr über die Marsatmosphäre erfahren, die hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht, aber auch Spuren anderer Gase enthalten könnte, die seit der Entstehung des Planeten existiert haben könnten.

Dieses Bild zeigt einen Gesteinskern von der Größe eines Stücks Kreide in einem Probenröhrchen, das im Bohrer des Mars-Rover Perseverance der NASA untergebracht ist. Sobald der Rover die Röhre versiegelt, wird Luft in dem zusätzlichen Raum in der Röhre eingeschlossen – hier sichtbar in dem kleinen Raum („Headspace“ genannt) über dem Felsen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Einblicke in den Kopfraum des Mars

„Luftproben vom Mars würden uns nicht nur etwas über das aktuelle Klima und die Atmosphäre erzählen, sondern auch darüber, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben“, sagte Brandi Carrier, Planetenforscherin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Dies wird uns helfen zu verstehen, wie sich Klimazonen entwickeln, die sich von unserem 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 viel mehr des vom Rover gesammelten Gases befindet sich im Kopfraum der Gesteinsproben. Diese sind einzigartig, da das Gas jahrelang mit Gesteinsmaterialien in den Röhren interagiert, bevor die Proben geöffnet und in Labors auf der Erde analysiert werden können. Was Wissenschaftler lernen, wird Aufschluss darüber geben, wie viel Wasserdampf in der Nähe der Marsoberfläche schwimmt, ein Faktor, der bestimmt, warum sich dort auf dem Planeten Eis bildet und wie sich der Wasserkreislauf des 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 sie zusammen mit anderen Röhrchen in einem „Probenlager“ deponiert wurde. Weitere gefüllte Probenröhrchen werden im Rover aufbewahrt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Vergleich von Spurengasen und antiken Atmosphären

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

Der freie Weltraum würde außerdem die Möglichkeit bieten, die Größe und Toxizität von Staubpartikeln zu beurteilen – Informationen, die künftigen Astronauten auf dem Mars helfen werden.

„Die 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 sich nicht mit dem Mars befassen, wären interessiert, weil es ein besseres Verständnis dafür liefern wird, wie Planeten entstehen und sich entwickeln. »

Apollo-Luftproben

Im Jahr 2021 untersuchte eine Gruppe von Planetenforschern, darunter Wissenschaftler der NASA, die Luft, die die Apollo-17-Astronauten rund fünfzig Jahre zuvor in einem Stahlbehälter vom Mond zurückgebracht hatten.

„Die Leute denken, der Mond sei luftleer, aber er hat eine sehr dünne Atmosphäre, die im Laufe der Zeit mit Gesteinen auf der Mondoberfläche interagiert“, sagte Simon, der bei Johnson verschiedene Planetenproben untersucht. „Dazu gehören 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 ungeöffneten Behälter in einen luftdichten Behälter. Dann durchbohrten sie den Stahl mit einer Nadel, um das Gas in eine Kühlfalle zu extrahieren – im Wesentlichen ein U-förmiges Rohr, das in eine Flüssigkeit wie Stickstoff mit niedrigem Gefrierpunkt hineinragt. Indem sie die Temperatur der Flüssigkeit veränderten, fingen die Wissenschaftler einige der Gase mit niedrigeren Gefrierpunkten am Boden der Kühlfalle ein.

„Es gibt vielleicht 25 Labore auf der Welt, die auf diese Weise mit Gas umgehen“, sagte Simon. Dieser Ansatz könne nicht nur zur Untersuchung des Ursprungs von Planetenmaterialien verwendet werden, sondern könne auch auf Gase aus heißen Quellen und Gase angewendet werden, die von den Wänden aktiver Vulkane austreten, fügte er hinzu.

Natürlich liefern diese Quellen viel mehr Gas, als Perseverance in seinen Probenahmerohren hat. Wenn jedoch eine einzelne Röhre nicht genug Gas für ein bestimmtes Experiment transportiert, könnten Mars-Wissenschaftler Gase aus mehreren Röhren kombinieren, um eine größere Gesamtprobe zu erhalten – eine weitere Möglichkeit, wie der Headspace der Wissenschaft zusätzliche Möglichkeiten bieten kann.

Der Perseverance-Rover der NASA auf dem Mars

Der Perseverance Rover der NASA, Teil der Mission Mars 2020, ist ein hochentwickeltes mobiles Labor zur Erforschung der Marsoberfläche. Perseverance wurde am 30. Juli 2020 gestartet und landete am 18. Februar 2021 im Jezero-Krater auf dem Mars. Die Hauptmission von Perseverance besteht darin, nach Zeichen antiken Lebens zu suchen und Gesteins- und Regolithproben (gebrochenes Gestein und Boden) für eine mögliche Rückkehr zu sammeln. zur Erde hin.

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