Martedì 16 dicembre 2014, gli scienziati della NASA che hanno partecipato all'American Geophysical Union Fall Meeting a San Francisco hanno annunciato il rilevamento di composti organici su Marte. L'annuncio rappresenta la scoperta dell'“ingrediente” mancante necessario all'esistenza – passata o presente – della vita su Marte.
In effetti, la straordinaria affermazione richiedeva prove straordinarie: la famosa affermazione del dottor Carl Sagan. Gli scienziati, membri della missione Mars Science Lab – Curiosity Rover – hanno lavorato per un periodo di 20 mesi per campionare e analizzare campioni atmosferici e di superficie marziani per arrivare alle loro conclusioni. L'annuncio deriva da due rilevamenti separati di sostanze organiche: 1) picchi di dieci volte nei livelli atmosferici di metano e 2) campioni di perforazione da una roccia chiamata Cumberland che includeva composti organici complessi.
Il Tunable Laser Spectrometer, uno degli strumenti del laboratorio Sample Analysis at Mars (SAM) sul rover Curiosity Mars della NASA. Misurando l'assorbimento della luce a lunghezze d'onda specifiche, misura le concentrazioni di metano, anidride carbonica e vapore acqueo nell'atmosfera di Marte. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
Il metano, uno dei composti organici più semplici, è stato rilevato utilizzando lo strumento Sample Analysis at Mars (SAM). Questo è uno dei due strumenti da laboratorio compatti incorporati all'interno del rover compatto delle dimensioni di un'auto, Curiosity. Subito dopo essere atterrati su Marte, gli scienziati hanno iniziato a utilizzare SAM per misurare periodicamente il contenuto chimico dell'atmosfera marziana. Su molti campioni, il livello di metano era molto basso, ~0,9 parti per miliardo. Tuttavia, le cose sono cambiate improvvisamente e, come hanno affermato gli scienziati nella conferenza stampa, è stato un momento 'wow' che li ha colti alla sprovvista. Sono stati rilevati brevi picchi giornalieri nei livelli di metano in media di 7 parti per miliardo.
Il rilevamento del metano su Marte è stato affermato per decenni, ma più recentemente, nel 2003 e nel 2004, gruppi di ricerca indipendenti che utilizzano spettrometri sensibili sulla Terra hanno rilevato metano nell'atmosfera di Marte. Un gruppo guidato da Vladimir Krasnopolsky dell'Università Cattolica, e un altro guidato dal Dr. Michael Mumma del Goddard Space Flight Center della NASA, hanno rilevato ampi livelli regionali e temporali di metano fino a 30 parti per miliardo. Tali annunci hanno incontrato un notevole scetticismo da parte della comunità scientifica. E le prime misurazioni atmosferiche di Curiosity furono negative. Tuttavia, nessuno dei due gruppi si è ritirato dalle loro affermazioni.
Regioni in cui il metano appare particolarmente localizzato nell'estate settentrionale (A, B1, B2) e loro relazione con i domini mineralogici e geomorfologici. (A.) Osservazioni di metano nei pressi del distretto vulcanico Syrtis Major. (B.) Carta geologica di Greeley e Guest (41) sovrapposta al rilievo topografico ombreggiato di MOLA (42). Il terreno più antico (Npld, Nple) è di età noachiana (~3,6 – 4,5 miliardi di anni, quando Marte era bagnato) ed è ricoperto da depositi vulcanici dell'età di Syrtis Major di Hesperian (Hs) (~3,1 – 3,6 miliardi di anni vecchio). (Credit: Mumma, et al., 2009, Figura 3)
L'improvviso rilevamento di picchi di dieci volte nei livelli di metano nel cratere Gale non è incoerente con le precedenti misurazioni a distanza dalla Terra. Le alte concentrazioni stagionali erano in regioni che non includono Gale Crater, e rimane possibile che le misurazioni di Curiosity siano di natura simile ma a causa di un processo meno attivo di quello che esiste nelle regioni identificate dal team del Dr. Mumma.
Questo grafico mostra un aumento di dieci volte nell'abbondanza di metano nell'atmosfera marziana che circonda il rover Curiosity Mars della NASA, come rilevato da una serie di misurazioni effettuate con lo strumento Tunable Laser Spectrometer nell'analisi dei campioni del rover presso la suite di laboratorio su Marte. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
Gli scienziati della NASA dell'AGU guidati dallo scienziato del progetto MSL, il dottor John Grotzinger, hanno sottolineato che non sanno ancora come viene generato il metano. Il processo potrebbe essere biologico o meno. Esistono processi chimici abiotici che potrebbero produrre metano. Tuttavia, i rilevamenti di MSL SAM erano picchi giornalieri e rappresentano un vero e proprio processo attivo in corso sul pianeta rosso. Questo da solo è un aspetto molto eccitante del rilevamento.
Il team ha presentato diapositive per descrivere come potrebbe essere generato il metano. Con i noti bassi livelli di fondo di metano a ~ 1 parte per miliardo, si potrebbe escludere una fonte cosmica esterna, ad esempio micro-meteoroidi che entrano nell'atmosfera e rilasciano sostanze organiche che vengono poi ridotte dalla luce solare a metano. La fonte di metano deve essere di origine locale.
Questa immagine illustra i possibili modi in cui il metano potrebbe essere aggiunto all'atmosfera di Marte (sorgenti) e rimosso dall'atmosfera (pozzi). Il rover Curiosity Mars della NASA ha rilevato fluttuazioni nella concentrazione di metano nell'atmosfera, il che implica che entrambi i tipi di attività si verificano sul Marte moderno. Una didascalia più lunga discute quali sono le fonti e quali sono i sink. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. del Michigan)
Gli scienziati hanno illustrato due mezzi di produzione. In entrambi i casi, c'è un'attività quotidiana, o almeno periodica, che sta rilasciando metano dal sottosuolo di Marte. La fonte potrebbe essere biologica che viene accumulata nelle rocce del sottosuolo e poi rilasciata improvvisamente. Oppure una chimica abiotica, come una reazione tra il minerale olivina e l'acqua, potrebbe essere il generatore.
Il meccanismo di stoccaggio sotterraneo del metano proposto ed illustrato è chiamato stoccaggio del clatrato. Lo stoccaggio del clatrato coinvolge composti reticolari che possono intrappolare molecole come il metano che possono essere successivamente rilasciate da cambiamenti fisici nel clatrato, come il riscaldamento solare o le sollecitazioni meccaniche. Attraverso domande e risposte sulla stampa, gli scienziati della NASA hanno affermato che tali clatrati potrebbero essere conservati per milioni e miliardi di anni sottoterra.
La seconda scoperta di sostanze organiche ha coinvolto composti più complessi nei materiali di superficie. Inoltre, da quando è arrivato su Marte, Curiosity ha utilizzato uno strumento di perforazione per sondare l'interno delle rocce. Grotzinger ha sottolineato come il materiale immediatamente sulla superficie di Marte abbia subito gli effetti delle radiazioni e dell'onnipresente perclorato, composto del suolo, che riduce e distrugge le sostanze organiche sia ora che nel corso di milioni di anni. Il rilevamento di sostanze organiche in materiale superficiale sciolto ed esposto non aveva diminuito le speranze degli scienziati della NASA di rilevare sostanze organiche nelle rocce di Marte.
Confronti tra la quantità di una sostanza chimica organica chiamata clorobenzene rilevata nel campione di roccia 'Cumberland' e le quantità di essa nei campioni di altri tre bersagli sulla superficie marziana analizzati dal rover Curiosity Mars della NASA. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
La perforazione è stata eseguita su diverse rocce selezionate ed è stata infine una roccia fangosa chiamata Cumberland che ha rivelato la presenza di composti organici più complessi del semplice metano. Gli scienziati hanno sottolineato che cosa siano esattamente questi composti organici rimane un mistero a causa della presenza sconcertante del perclorato chimico attivo che può scomporre rapidamente i composti organici in forme più semplici.
Esempi dal rilevamento del laboratorio Sample Analysis at Mars (SAM) di sostanze organiche marziane in un campione di polvere che il trapano sul rover Curiosity Mars della NASA ha raccolto da un bersaglio roccioso chiamato 'Cumberland'.
(Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
Il rilevamento di sostanze organiche nella roccia fangosa di Cumberland ha richiesto lo strumento di perforazione e anche la paletta sul braccio robotico multiforme per consegnare il campione al laboratorio SAM per l'analisi. Per rilevare il metano, SAM dispone di una valvola di aspirazione per ricevere campioni atmosferici.
Il Dr. Grotzinger ha descritto come Cumberland è stato scelto come fonte di campioni. La roccia è chiamata pietra di fango che ha subito un processo chiamato digenesi - la metamorfosi del sedimento in roccia. Grotzinger ha sottolineato che i fluidi si muoveranno attraverso tale roccia durante la digenesi e il perclorato può distruggere le sostanze organiche nel processo. Questo potrebbe essere il caso di molte rocce metamorfiche sulla superficie marziana. Il gruppo di scienziati ha mostrato un confronto tra campioni di roccia misurati da SAM. Due in particolare - dal rock 'John Klein' e dal rock di Cumberland - sono stati confrontati. Il primo non ha mostrato sostanze organiche così come altre rocce che sono state campionate; ma il campione di trapano di Cumberland dal suo interno ha rivelato sostanze organiche.
Illustrazione di alcuni dei motivi per cui è difficile trovare sostanze chimiche organiche su Marte. Qualunque sostanza chimica organica possa essere prodotta su Marte o consegnata su Marte deve affrontare diverse possibili modalità di trasformazione o distruzione. (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
L'analisi del lavoro è stata meticolosa, rifacendosi alla dichiarazione di Sagan. L'importanza della scoperta di sostanze organiche su Marte non può essere sottovalutata dal gruppo di scienziati e Grotzinger ha definito queste due scoperte come l'eredità duratura del Mars Curiosity Rover. Inoltre, ha affermato che i metodi di scoperta e analisi andranno lontano per guidare la scelta degli strumenti e il loro utilizzo durante la missione rover Mars 2020.
La scoperta dell'organico completa la necessaria serie di 'ingredienti' per la vita passata o presente su Marte: 1) una fonte di energia, 2) acqua e 3) sostanze organiche. Questi sono i requisiti di base per l'esistenza della vita come la conosciamo. La ricerca della vita su Marte è ancora solo all'inizio e le nuove scoperte sull'organico non sono ancora un chiaro segno che la vita sia esistita o sia presente oggi. Tuttavia, il Dr. Jim Green, introducendo il gruppo di scienziati, e il Dr. Grotzinger hanno entrambi sottolineato la grandezza di queste scoperte e il modo in cui sono legate agli obiettivi del programma NASA Mars, in particolare ora con l'enfasi sull'invio di umani su Marte. Per il rover Mars Curiosity, il viaggio sulle pendici del Monte Sharp continua e ora con maggiore serietà e una continua ricerca di rocce simili a Cumberland.
Riferimenti:
Curiosity rileva un picco di metano su Marte
Il rover della NASA trova un'antica chimica organica attiva su Marte
Documenti di ricerca, conferenza stampa AGU tramite Ustream
Forte rilascio di metano su Marte nell'estate del nord 2003
Mancato rilevamento di metano nell'atmosfera di Marte da parte del Curiosity Rover
Rilevamento di metano nell'atmosfera marziana: prove per la vita?