화성의 메탄

Methane on Mars
화성 메탄의 출처는 알려지지 않았다.그 검출이 여기에 나타나 있다.

메탄은 화성에 미생물이 살고 있거나 화산활동이나 [2][3][4][5][6][7]열수활동과 같은 지구화학적 과정을 나타낼 수 있기 때문에 많은 지질학자와 우주생물학자들이 [1]관심을 가지고 있다.

2004년 이후 다양한 임무와 관측 [8][9][10][11][12]연구에서 미량의 메탄(60ppbv에서 검출 한계 미만(< 0.05ppbv) 범위)이 보고되었다.화성의 메탄 발생원과 관측된 메탄 농도의 엄청난 차이점에 대한 설명은 아직 알려지지 않았으며 [1][13]연구 중이다.메탄이 검출될 때마다, 효율적이지만 알려지지 않은 과정에 [14]의해 대기에서 빠르게 제거된다.

탐지 내역

메탄(CH4) 분자 모형

메탄(CH)은4 화성의 현재 산화 대기에서 화학적으로 불안정하다.그것은 태양으로부터의 자외선과 다른 가스와의 화학 반응으로 인해 빠르게 분해될 것이다.따라서 대기 중에 메탄이 지속적으로 또는 일시적으로 존재하는 것은 가스를 지속적으로 보충할 수 있는 공급원의 존재를 의미할 수 있다.

대기 중 메탄에 대한 첫 번째 증거는 ESA의 화성 탐사 궤도선에 [15]의해 행성 푸리에 분광계라고 불리는 기구로 측정되었다.2004년 3월, Mars Express 과학 팀은 대기 중에 약 10ppbv의 [16][17][18][19]농도로 메탄이 존재한다고 제안했다.2003년과 2006년 관측치 사이에 존재성의 큰 차이가 측정되었지만, 지상 망원경 팀 세 명이 곧 이를 확인했다.가스의 이러한 공간적, 시간적 변동성은 메탄이 국지적으로 농축되었고 [20]계절적이었을 수 있음을 시사한다.화성은 연간 [21][22]270톤의 메탄을 생산하는 것으로 추정된다.

2011년에서, 나사 과학자들 추적 종들 화성에 메탄(<>7ppbv), 에탄(<>0.2ppbv), 메탄올(<>19ppbv)과 다른 사람들(H2CO,에 대한 민감한 위 한계를 파생시키는(메탄 등)을 위한 종합적인 검색 높은 고도 지구 지상 관측소에서 고해상도 적외선 분광 법을 사용하여(업체 조달 소요 시간, Keck-2, NASA-IRTF)보도했다. C2H2, C2H4, 아산화 질소,, NH3, HCN, CHCl3, HCl, HO2 – 모두 ppbv [23]수준에서 제한 있음)

큐리오시티 탐사선은 대기 중 메탄의 계절적 변화를 감지했다.

2012년 8월, 큐리오시티 탐사선이 화성에 착륙했다.탐사선의 계측기는 정확한 농도를 측정할 수 있지만 메탄 동위원소를 구별하는 데 사용할 수 없기 때문에 지구물리학적 또는 생물학적 [24]기원을 판단할 수 없습니다.그러나 TGO(Trace Gas Orbiter)는 이러한 비율을 측정하여 [15]원점을 가리킬 수 있습니다.

2012년 큐리오시티의 조절식 레이저 분광계(TLS)를 사용한 첫 번째 측정 결과 착륙 [25][26][27]지점에 메탄 또는 5ppb 미만이 없었으며, 이후 0.3 - 0.7ppbv의 [28]기준치로 계산되었다.2013년, NASA 과학자들은 [29][30][31]기준치를 넘는 메탄은 검출되지 않았다고 다시 보고했다.하지만 2014년, NASA는 큐리오시티 탐사선이 2013년 말과 2014년 [10]초에 주변 대기에서 메탄이 10배 증가 ('스파이크')하는 것을 감지했다고 보고했다.이 기간 동안 두 달 동안 네 번의 측정 결과는 평균 7.2ppbv로, 화성이 알려지지 않은 [10]근원으로부터 메탄을 생성하거나 방출하고 있다는 것을 암시한다.전후 평균 판독치는 그 레벨의 [32][33][10]10분의 1 수준이었다.2018년 6월 7일, NASA는 대기 중 [34][35][36]메탄 배경 수준의 주기적인 계절적 변동을 확인했다고 발표했다.큐리오시티 탐사선이 관측한 가장 큰 메탄 농도는 2019년 [37][38]6월 말 사건 당시 21ppbv로 치솟았다.마스 익스프레스 궤도선은 큐리오시티의 메탄 검출 20시간 전, 그리고 [15]검출 24시간과 48시간 후, 그리고 TGO는 비슷한 시기에 더 높은 [15]위도에서 대기 관측을 하고 있었다.

2014년 9월 24일 화성 궤도에 진입한 인도 화성궤도탐사선(Mission)은 대기 메탄을 측정하는 파브리-페로 간섭계를 장착하고 있으나 화성 궤도에 진입한 후 [39][40]: 57 메탄을 검출할 수 없다고 판단돼 알베도 [39][41]맵퍼로 용도 변경됐다.2019년 4월 기준, TGO는 메탄 농도가 검출 가능 수준(< 0.05ppbv)[12][19] 이하인 것으로 나타났다.

퍼티언스 탐사선(2021년 2월 착륙)과 로잘린드 프랭클린 탐사선(2023년 예정)은 대기 중 메탄이나 그 [42][43]동위원소를 분석할 수 없기 때문에, 2030년대 중반 제안된 화성 시료 반환 임무가 지질학적 [43]원인과 생물학적 기원을 구별하기 위해 분석될 수 있는 가장 이른 시료인 것으로 보인다.

잠재적인 소스

화성에 있을 수 있는 메탄 공급원과 싱크대.

지구물리학

화성 메탄 발생의 주요 후보로는 물-바위 반응, 물의 방사 분해, 황철산염 생성과 같은 비생물학적 과정이 있으며, 이 모든 과정들은 CO 및 [44]CO와의2 피셔-트롭쉬 합성을 통해 메탄과 기타 탄화수소를 생성할 수 있는 H를 생산한다2.또한 메탄은 [45]물, 이산화탄소, 그리고 화성에서 흔한 것으로 알려진 미네랄 올리빈과 관련된 과정에 의해 생성될 수 있다는 것이 증명되었다.이 반응에 필요한 조건(즉, 고온과 압력)은 표면에 존재하지 않지만 지각 [46][47]내에 존재할 수 있다.광물 부산물의 검출은 이 과정이 일어나고 있음을 시사한다.지구의 한 유사체는 화성에서 [48]저온의 생성과 독사화된 암석으로부터의 메탄 배출이 가능할 수 있다는 것을 암시한다.또 다른 가능한 지구물리학적 원천은 가끔 [49]방출될 수 있는 포접액 수화물에 갇힌 고대 메탄일 수 있다.차가운 초기 화성 환경을 가정할 때, 극저온권은 쇄설액과 같은 메탄을 깊은 곳에서 안정적인 형태로 포착할 수 있으며, [50]이는 산발적으로 방출될 수 있다.

현대 지구에서 화산활동은 메탄 [51]배출의 작은 원천이며, 보통 이산화황 가스를 동반한다.그러나 화성 대기 중 미량 가스에 대한 여러 연구는 화성 대기에서 아황산가스에 대한 증거를 발견하지 못했으며, 이로 인해 화성의 화산 활동이 [52][53]메탄의 근원이 될 가능성이 낮아졌다.독사화와 같은 메탄의 지질학적 원천은 가능하지만, 현재의 화산 활동, 열수 활동 또는 핫스팟의[54] 부족은 지질학적 메탄에 적합하지 않다.

또한 메탄은 [55]화성의 대기권에 진입하는 운석에 의해 보충될 수도 있다고 제안되었지만, 임페리얼 칼리지 런던의 연구원들은 이런 방식으로 방출되는 메탄의 양이 측정된 [56]가스 수준을 유지하기에는 너무 낮다는 것을 발견했다.메탄은 대기권 진입 시 강한 열에 의해 운석 내 화학반응에 의해 생성되었다고 주장되어 왔다.2009년 12월에 발표된 연구는 이러한 [57]가능성을 배제했지만, 2012년에 발표된 연구는 자외선에 [58]의해 메탄으로 변환되는 운석의 유기 화합물이 원인일 수 있다는 것을 시사했다.

실험실 실험 결과, 방전이 물 얼음과2 [59][60]이산화탄소와 상호작용할 때 메탄이 폭발할 수 있는 것으로 나타났다.영구 동토층 얼음과 접촉하는 모래 폭풍과 먼지 악마로부터의 먼지 입자의 전기 방출은 적용된 에너지 [59]줄당 약 1.41×1016 분자를 생산할 수 있다.

현재의 광화학 모형으로는 [61][62]화성의 메탄 수치의 급격한 변동을 설명할 수 없다.연구에 따르면 암묵적인 메탄 파괴 수명은 지구 4년 이상 길고 지구 0.6년 [63][64]이하로 짧다.이 설명할 수 없는 빠른 파괴 속도는 또한 매우 활발한 [65]보충원을 암시합니다.이탈리아 국립천체물리학연구소 연구팀은 큐리오시티 탐사선에 의해 검출된 메탄은 갈레 분화구에서 동쪽으로 약 500km 떨어진 메두새 포새 층이라고 불리는 인근 지역에서 방출되었을 것으로 추정하고 있다.그 지역은 분열되어 있고 [66]화산일 가능성이 높다.

바이오제닉

메타노겐과 같은 살아있는 미생물이 또 다른 가능한 원천이지만, 화성에서 그러한 유기체의 존재에 대한 증거는 발견되지 않았다.지구의 바다에서 생물학적 메탄 생성은 에탄 생성을
2
6 수반하는 경향이 있다.장기적인 지상 분광 관측에서는 화성 [23]대기에서 이러한 유기 분자를 발견하지 못했다.이들 분자 중 일부에 대해 예상되는 긴 수명을 고려할 때, 생물 유기물의 방출은 극히 드물거나 현재 [23]존재하지 않는 것으로 보인다.

수소와의 반응에 의한 이산화탄소의 메탄으로의 환원은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

+ + O ({+ 4> +2 ) ('G' = - 134 kJ / mol4 CH )

메탄을 생성하기 위해 수소와 CO의 이러한2 반응은 세포막을 가로지르는 전기 화학적 구배 생성과 결합되어 화학 삼투작용을 통해 ATP를 생성하는데 사용됩니다.반대로, 식물과 조류는 햇빛이나 영양분으로부터 에너지를 얻는다.

화성의 수소와 메탄 농도의 비율을 측정하는 것은 [67][68][69]화성에 생명체가 존재할 가능성을 결정하는 데 도움을 줄 수 있다.대기 중 낮은 H2/CH4 비율(약 40개 미만)은 대기 중 메탄의 많은 부분이 [67]생물학적 활동에 기인할 수 있음을 나타낼 수 있지만, 화성 하층 대기의 관측 비율은 "약 10배" 높았고, 이는 생물학적 과정이 관측된4 [67]CH에 책임이 없을 수 있음을 시사한다.

2003년 대기 중 메탄이 발견된 이후, 일부 과학자들은 시뮬레이션된 화성 토양에서 메타노겐 박테리아 성장을 테스트하는 모델과 시험관내 실험을 고안해 왔으며, 테스트된 네 개의 메타노겐 변종 모두 1.0 중량%[70]의 과염소산염이 존재하는 상황에서도 상당한 수준의 메탄을 생산했다.메타노겐은 산소나 유기 영양소를 필요로 하지 않고, 비광합성이며, 수소를 에너지원으로, 이산화탄소(CO2)를 탄소원으로 사용하기 때문에 화성의 [71]지표면 아래 환경에서도 존재할 수 있다.만약 미세한 화성 생명체가 메탄을 생산하고 있다면, 메탄은 액체 상태의 물이 [72]존재할 만큼 충분히 따뜻한 지표면 훨씬 아래에 존재할 것이다.

2015년에 발표된 아칸소 대학의 연구는 일부 메타노겐이 화성의 지표면 아래 액체 대수층과 유사한 환경에서 화성의 저기압에서 생존할 수 있다는 것을 시사했다.테스트된 4종은 Methanothermobacteri, Methanosarcina barkeri, Methanobacterium Formicum, Methanoccus maripaludis였다.[71]

Gilbert Levin이 이끄는 팀은 메탄 생성과 분해라는 두 가지 현상 모두 메탄 생성과 메탄을 소비하는 미생물의 [4][73]생태에 의해 설명될 수 있다고 제안했다.

탐사선 임무에서 극미량의 화성 생명체가 메탄의 계절적 공급원이라고 판단하더라도 생명체는 탐사선의 도달 범위 [74]밖인 지표면 훨씬 아래에 존재할 것입니다.

전위 싱크

처음으로 그 메탄 화학적으로 자외선을 가진 중요한 산화 분위기에서 화성의 대기 중에 평생 안 되며 400years,[13]지만 2014년에, 강한 메탄 싱크 대기도 산화하기 쉬운데, 표면에 효율적인 물리 화학적 과정으로 유용되지 않다는 결론을 내려불안정하며 생각했기 때문이었습니다. 그거일반적으로 "산소"[75][76]라고 불리는 메탄입니다.

한 가설은 메탄이 전혀 소비되지 않고 오히려 응축되어 [77]쇄설물로부터 계절적으로 증발한다고 가정한다.또 다른 가설은 메탄이 텀블링 표면 모래 석영(이산화
2 규소 SiO)과 올리빈과 반응하여 공유가 Si – CH
3 [78]결합을 형성한다는 것이다.연구진은 이 고체들이 침식 과정에서 산화되고 가스가 이온화될 수 있다는 것을 보여주었다.따라서 이온화된 메탄은 광물 표면과 반응하여 [79][80]결합한다.

이미지들

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