NASAPesawat luar angkasa Curiosity telah mendarat Mars Pada tanggal 6 Agustus 2012, Kawah Gale telah menjelajahi untuk mengambil sampel dan mengirimkan hasilnya pulang untuk ditafsirkan oleh para peneliti. Menganalisis isotop karbon dalam sampel sedimen yang diambil dari enam lokasi yang terpapar, termasuk tebing yang terbuka, membuat para peneliti memiliki tiga penjelasan yang masuk akal untuk asal karbon – debu kosmik, peluruhan ultraviolet karbon dioksida, atau peluruhan ultraviolet dari metana yang diproduksi secara biologis.

Peneliti mencatat hari ini (17 Januari 2022) di Prosiding National Academy of Sciences Bahwa “ketiga skenario ini tidak konvensional, berbeda dengan proses umum di Bumi.”

Karbon memiliki dua isotop stabil, 12 dan 13. Dengan melihat jumlah masing-masing dalam suatu zat, peneliti dapat mengetahui detail siklus karbon yang terjadi, bahkan jika itu terjadi pada waktu yang sangat lama.

“Jumlah karbon 12 dan karbon 13 di tata surya kita adalah jumlah yang ada saat tata surya terbentuk,” kata Christopher H. House, profesor ilmu bumi, Penn State. “Keduanya ada dalam segala hal, tetapi karena karbon 12 bereaksi lebih cepat daripada karbon 13, melihat jumlah relatif keduanya dalam sampel dapat mengungkapkan siklus karbon.”

Foto menunjukkan lubang pengeboran Highfield di Vera Rubin Ridge. Pengeboran bubuk dari lubang ini menunjukkan nilai isotop karbon yang menunjukkan siklus karbon yang mencakup kehidupan bawah permukaan, radiasi ultraviolet intens yang menembus atmosfer, atau debu antarbintang. Gambar diambil oleh Hand Lens Imager of Mars di sol 2247. Kredit: NASA/Caltech-JPL/MSSS

Curiosity, yang dipimpin oleh Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan, telah menghabiskan sembilan tahun terakhir menjelajahi Kawah Gale yang telah mengungkap lapisan batuan purba. Probe menggali ke permukaan lapisan ini dan mengambil sampel dari lapisan sedimen yang terkubur. Curiosity memanaskan sampel tanpa adanya oksigen untuk memisahkan bahan kimia apa pun. Analisis spektroskopi fraksi karbon tereduksi dari pirolisis ini menunjukkan berbagai jumlah karbon 12 dan karbon 13 tergantung di mana atau kapan sampel asli terbentuk. Beberapa karbon sangat terkuras dalam karbon 13 sementara sampel karbon lainnya diperkaya.

“Sampel yang sangat kekurangan karbon-13 agak mirip dengan sampel dari Australia yang diambil dari sedimen yang berumur 2,7 miliar tahun,” kata House. “Sampel-sampel ini adalah hasil aktivitas biologis ketika metana dikonsumsi oleh lapisan mikroba purba, tetapi kita tidak dapat mengatakannya di Mars karena itu adalah planet yang mungkin terbentuk dari bahan dan proses yang berbeda dari Bumi.”

Untuk menjelaskan sampel yang sangat habis, para peneliti menyarankan tiga kemungkinan – awan debu kosmik, radiasi ultraviolet yang memecah karbon dioksida, atau dekomposisi ultraviolet dari metana yang diproduksi secara biologis.

Menurut House, setiap beberapa ratus juta tahun tata surya melewati awan molekuler galaksi.

Itu tidak meninggalkan banyak debu, kata House. “Sulit untuk melihat salah satu dari peristiwa pengendapan ini dalam catatan Bumi.”

Untuk membuat lapisan yang dapat dicicipi Curiosity, awan debu galaksi pertama-tama menurunkan suhu di Mars yang masih mengandung air dan menciptakan gletser. Debu akan mengendap di atas es dan kemudian harus tetap di tempatnya begitu gletser mencair, meninggalkan lapisan kotoran yang termasuk karbon.

Sejauh ini, ada bukti terbatas tentang gletser masa lalu di Kawah Gale di Mars. Menurut para peneliti, “Penjelasan ini masuk akal, tetapi membutuhkan penelitian tambahan.”

Penjelasan kedua yang mungkin untuk jumlah karbon 13 yang lebih rendah adalah konversi ultraviolet karbon dioksida menjadi senyawa organik seperti formaldehida.

“Ada makalah yang memprediksi bahwa sinar UV dapat menyebabkan fragmentasi semacam ini,” kata House. “Namun, kami membutuhkan lebih banyak hasil eksperimen yang menunjukkan ukuran fragmentasi ini sehingga kami dapat mengesampingkan atau mengesampingkan penjelasan ini.”

Metode ketiga yang mungkin untuk menghasilkan sampel karbon-13 yang terkuras memiliki dasar biologis.

Di Bumi, tanda kuat karbon-13 yang terkuras dari permukaan purba menunjukkan mikroba sebelumnya yang mengonsumsi metana yang dihasilkan mikroba. Mars kuno mungkin memiliki gumpalan besar metana yang dilepaskan dari interior Bumi di mana produksi metana sangat menguntungkan. Kemudian, metana yang dilepaskan dapat dikonsumsi oleh mikroba permukaan atau dapat bereaksi dengan sinar ultraviolet dan disimpan langsung di permukaan.

Namun, menurut para peneliti, saat ini tidak ada bukti sedimen mikroba permukaan di lanskap Mars masa lalu, sehingga penjelasan biologis yang disorot dalam makalah ini bergantung pada radiasi ultraviolet untuk memposisikan sinyal karbon-13 di Bumi.

“Ketiga kemungkinan menunjukkan siklus karbon yang tidak biasa tidak seperti apa pun di Bumi saat ini,” kata House. Tetapi kita membutuhkan lebih banyak data untuk mengetahui mana interpretasi yang benar. Akan sangat bagus jika rover mendeteksi gumpalan besar metana dan mengukur isotop karbon darinya, tetapi sementara ada gumpalan metana, kebanyakan dari mereka berukuran kecil, dan tidak ada rover yang pernah mengambil sampel sampel yang cukup besar untuk pengukuran isotop.”

House juga menunjukkan bahwa menemukan sisa-sisa lapisan mikroba atau bukti endapan es juga dapat sedikit memperjelas.

“Kami berhati-hati dalam interpretasi kami, yang merupakan tindakan terbaik ketika mempelajari dunia lain,” kata House.

Curiosity masih mengumpulkan dan menganalisis sampel dan akan kembali ke eksperimen di mana ia menemukan beberapa sampel dalam penelitian ini dalam waktu sekitar satu bulan.

“Penelitian ini telah memenuhi tujuan jangka panjang untuk menjelajahi Mars,” kata House. “Untuk mengukur isotop karbon yang berbeda – salah satu alat geologi yang paling penting – dari sedimen di dunia lain yang layak huni, dilakukan dengan melihat 9 tahun eksplorasi.”

Referensi: “Komposisi Isotop Karbon yang Habis Diamati di Kawah Gale, Mars” 17 Januari 2022, Tersedia di sini. Prosiding National Academy of Sciences.

Juga mengerjakan proyek ini adalah Gregory M. Wong dari Penn State, Ph.D. baru-baru ini dalam ilmu Bumi.

Peserta penelitian lainnya di Jet Propulsion Laboratory NASA adalah Christopher R. Webster, Rekan dan Ilmuwan Riset Senior; Gregorius C. Fleisch, Insinyur Perangkat Lunak Aplikasi Ilmiah; Amy E. Hoffman, Ilmuwan Riset; Di Divisi Eksplorasi Tata Surya, Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA: Heather B. Franz, ilmuwan penelitian; Jennifer C. Stern, Asisten Peneliti; Alex Pavlov, astronom; Jennifer L Eigenbrod, asisten peneliti; Daniel B Glavin, direktur asosiasi untuk ilmu strategis; Charles A. Malspin, Kepala Laboratorium Lingkungan Planet; Mahaffey, pensiunan direktur Divisi Eksplorasi Tata Surya; Di Universitas Michigan: Sushil K. Atria, Profesor Ilmu dan Teknik Iklim dan Antariksa dan Direktur Laboratorium Ilmu Planet; Di Carnegie Institution for Science: Andrew Steele, ilmuwan; Dan di Universitas Georgetown dan Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA: Maeva Milan, Postdoctoral Fellow.

NASA mendukung proyek ini.