自从20年前首次在火星大气中发现甲烷以来，科学家们一直在努力揭开它的起源以及它是如何在这颗红色星球上运输的。美国国家航空航天局的好奇号火星车在盖尔陨石坑收集的大气样本显示，甲烷水平随时间和季节的变化而波动，但确定这种变化的时间和原因已经证明是困难的。这些排放物可能是由地下微生物产生的，可能为火星上存在生命提供重要证据。然而，采样使好奇号有限的资源紧张，因此确定波动发生的原因和最佳采集样本的时间至关重要。
根据约翰·霍普金斯大学环境工程博士候选人约翰·奥尔蒂斯(John Ortiz)最近领导的一项研究，气压泵可能负责以不规则但可预测的间隔将气体从行星表面下带入大气层。这种自然机制可以为“好奇号”任务提供有价值的信息，该任务目前已进入第11个年头。
环境健康与工程系的奥尔蒂斯说:“气压泵是一个过程，在这个过程中，大气压力的变化可以把地下岩石孔隙中的气体推到地面，也可以把气体拉到地面。”“就像在地球上一样，火星上每天的大气压力变化很大程度上是由太阳加热引起的，晚上凉爽的空气压力更高，白天温暖的空气压力更低。当大气压力较低时，地面可以通过裂缝将甲烷等气体推到地表，而当气压较高时，地面可以将甲烷等气体拉回地下。”
该团队的研究结果发表在《地球物理研究杂志:行星》上。研究人员包括奥尔蒂斯在约翰霍普金斯大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室、普渡大学和淡水信托基金会的同事。
在他们的调查中，研究人员使用计算机模型来模拟甲烷在火星表面下的移动方式，以及它如何在大气中混合。然后，他们将模拟的甲烷浓度与好奇号火星车的测量值进行了比较。由于火星的天气和大气压力远没有地球那么混乱，研究人员能够预测大气中甲烷的水平。
研究人员计算机模拟的一个重要发现是，在火星日出之前，有一股甲烷的“烟雾”——这一信息可以指导好奇号进行一系列的大气采样实验，作为当前研究盖尔陨石坑甲烷波动特征的一部分。
“我们的工作为好奇号收集数据提供了几个关键的时间窗口，每个时间窗口都有可能告诉我们一些关于甲烷循环和运输过程的不同信息。约翰霍普金斯大学环境健康与工程学教授、奥尔蒂斯的博士导师哈里哈尔·拉贾拉姆(Harihar Rajaram)说:“我们认为，这为限制甲烷波动的时间提供了最好的机会，并有望使我们更接近于了解甲烷在火星上的来源。”
作者包括:约翰·霍普金斯大学副教授凯文·刘易斯;洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家Phillip Stauffer;珀杜大学教授罗杰·维恩斯(Roger Wiens);以及淡水信托公司的计算水文学家迪伦·哈普。
更多信息:j.p. Ortiz等人，大气泵送和行星边界层演化驱动的火星甲烷亚日变化，地球物理研究杂志:行星(2024)。je008043 DOI: 10.1029/2023
约翰霍普金斯大学提供
引文:研究预测了好奇号采集火星甲烷样本的最佳时间(2024年1月27日)，该样本于2024年1月27日从https://phys.org/news/2024-01-curiosity-sample-mars-methane.html获取
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