Il rover Curiosity della NASA è atterrato su Marte il 6 agosto 2012, e da allora ha vagato per il cratere Gale prendendo campioni e inviando i risultati a casa per i ricercatori da interpretare. L'analisi degli isotopi del carbonio in campioni di sedimenti presi da una mezza dozzina di luoghi esposti, tra cui una scogliera esposta, lascia i ricercatori con tre spiegazioni plausibili per l'origine del carbonio - polvere cosmica, degradazione ultravioletta di anidride carbonica, o degradazione ultravioletta di metano prodotto biologicamente.

I ricercatori notano oggi (17 gennaio) in Proceedings of the National Academy of Sciences che "Tutti e tre questi scenari non sono convenzionali, a differenza dei processi comuni sulla Terra".

Il carbonio ha due isotopi stabili, 12 e 13. Guardando le quantità di ciascuno in una sostanza, i ricercatori possono determinare specifiche sul ciclo del carbonio che si è verificato, anche se è successo molto tempo fa.

"Le quantità di carbonio 12 e carbonio 13 nel nostro sistema solare sono le quantità che esistevano alla formazione del sistema solare", ha detto Christopher H. House, professore di geoscienze, Penn State. "Entrambi esistono in ogni cosa, ma poiché il carbonio 12 reagisce più rapidamente del carbonio 13, guardare le quantità relative di ciascuno nei campioni può rivelare il ciclo del carbonio".

Curiosity, che è guidato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, ha trascorso gli ultimi nove anni esplorando una zona del cratere Gale che ha esposto strati di roccia antica. Il rover ha perforato la superficie di questi strati e ha recuperato campioni da strati sedimentari sepolti. Curiosity ha riscaldato i campioni in assenza di ossigeno per separare eventuali sostanze chimiche. L'analisi spettrografica di una parte del carbonio ridotto prodotto da questa pirolisi ha mostrato una vasta gamma di quantità di carbonio 12 e carbonio 13 a seconda di dove o quando il campione originale si è formato. Alcuni campioni di carbonio erano eccezionalmente impoveriti in carbonio 13, mentre altri erano arricchiti.

"I campioni estremamente impoveriti in carbonio 13 sono un po' come i campioni australiani presi da sedimenti che avevano 2,7 miliardi di anni", ha detto House. "Quei campioni sono stati causati dall'attività biologica quando il metano è stato consumato da antiche stuoie microbiche, ma non possiamo necessariamente dirlo su Marte perché è un pianeta che potrebbe essersi formato da materiali e processi diversi dalla Terra".

Per spiegare i campioni eccezionalmente impoveriti, i ricercatori suggeriscono tre possibilità: una nube di polvere cosmica, radiazioni ultraviolette che abbattono l'anidride carbonica o la degradazione ultravioletta del metano creato biologicamente.

Secondo House, ogni paio di centinaia di milioni di anni il sistema solare passa attraverso una nube molecolare galattica.

"Non deposita molta polvere", ha detto House. "È difficile vedere qualcuno di questi eventi di deposizione nel record della Terra".

Per creare uno strato che Curiosity potrebbe campionare, la nube di polvere galattica avrebbe prima abbassato la temperatura su un Marte che conteneva ancora acqua e creato ghiacciai. La polvere si sarebbe depositata sopra il ghiaccio e avrebbe poi dovuto rimanere al suo posto una volta che il ghiacciaio si fosse sciolto, lasciandosi dietro uno strato di sporco che includeva il carbonio.

Finora, ci sono prove limitate di ghiacciai passati al cratere Gale su Marte. Secondo i ricercatori, "questa spiegazione è plausibile, ma richiede ulteriori ricerche".

Una seconda possibile spiegazione per le minori quantità di carbonio 13 è la conversione ultravioletta dell'anidride carbonica in composti organici come la formaldeide.

"Ci sono documenti che prevedono che gli UV potrebbero causare questo tipo di frazionamento", ha detto House. "Tuttavia, abbiamo bisogno di più risultati sperimentali che mostrino questo frazionamento in modo da poter escludere o escludere questa spiegazione".

Il terzo possibile metodo per produrre campioni impoveriti di carbonio 13 ha una base biologica.

Sulla Terra, una firma fortemente impoverita di carbonio 13 da una paleosuperficie indicherebbe che i microbi del passato hanno consumato metano prodotto microbicamente. L'antico Marte potrebbe aver avuto grandi pennacchi di metano rilasciati dal sottosuolo dove la produzione di metano sarebbe stata energeticamente favorevole. Poi, il metano rilasciato sarebbe stato consumato dai microbi di superficie o avrebbe reagito con la luce ultravioletta e si sarebbe depositato direttamente sulla superficie.

Tuttavia, secondo i ricercatori, non c'è attualmente alcuna prova sedimentaria di microbi di superficie sul passato paesaggio di Marte, e quindi la spiegazione biologica evidenziata nel documento si basa sulla luce ultravioletta per posizionare il segnale di carbonio 13 sul terreno.

"Tutte e tre le possibilità indicano un ciclo del carbonio insolito, diverso da qualsiasi cosa sulla Terra oggi", ha detto House. "Ma abbiamo bisogno di più dati per capire quale di queste è la spiegazione corretta. Sarebbe bello se il rover rilevasse un grande pennacchio di metano e misurasse gli isotopi di carbonio da quello, ma mentre ci sono pennacchi di metano, la maggior parte sono piccoli, e nessun rover ne ha campionato uno abbastanza grande per misurare gli isotopi".

House nota anche che trovare i resti di stuoie microbiche o prove di depositi glaciali potrebbe anche chiarire le cose, un po'.

"Siamo cauti con la nostra interpretazione, che è la cosa migliore quando si studia un altro mondo", ha detto House.

Curiosity sta ancora raccogliendo e analizzando campioni e tornerà al frontone dove ha trovato alcuni dei campioni in questo studio tra circa un mese.

"Questa ricerca ha realizzato un obiettivo di lunga data per l'esplorazione di Marte", ha detto House. "Misurare diversi isotopi di carbonio - uno dei più importanti strumenti di geologia - da sedimenti su un altro mondo abitabile, e lo fa guardando a 9 anni di esplorazione".

Al progetto della Penn State ha lavorato anche Gregory M. Wong, recente destinatario del dottorato in geoscienze.

Altri partecipanti alla ricerca sono stati, al Jet Propulsion Laboratory della NASA: Christopher R. Webster, fellow e senior research scientist; Gregory J. Flesch, scientific applications software engineer; e Amy E. Hofmann, research scientist; alla Solar System Exploration Division, NASA Goddard Space Flight Center: Heather B. Franz, ricercatore; Jennifer C. Stern, assistente di ricerca; Alex Pavlov, scienziato spaziale; Jennifer L. Eigenbrode, assistente di ricerca; Daniel P. Glavin, direttore associato per la scienza strategica; Charles A. Malespin, capo, Planetary Environments Laboratory; e Paul R. Mahaffy, direttore in pensione della Solar System Exploration Division; all'Università del Michigan: Sushil K. Atreya, professore di scienze climatiche e spaziali e ingegneria e direttore del Planetary Science Laboratory; alla Carnegie Institution for Science: Andrew Steele, scienziato; e alla Georgetown University e al NASA Goddard Space Flight Center: Maëva Milan, borsista post-dottorato.

Fonte: psu.edu