Το ρόβερ Curiosity της NASA προσγειώθηκε στον Άρη στις 6 Αυγούστου 2012 και από τότε περιπλανήθηκε στον κρατήρα Gale λαμβάνοντας δείγματα και στέλνοντας τα αποτελέσματα πίσω στο σπίτι για να ερμηνεύσουν οι ερευνητές. Η ανάλυση των ισοτόπων άνθρακα σε δείγματα ιζημάτων που ελήφθησαν από μισή ντουζίνα εκτεθειμένες τοποθεσίες, συμπεριλαμβανομένου ενός εκτεθειμένου βράχου, αφήνει τους ερευνητές με τρεις εύλογες εξηγήσεις για την προέλευση του άνθρακα – κοσμική σκόνη, υπεριώδη αποικοδόμηση του διοξειδίου του άνθρακα ή υπεριώδη αποικοδόμηση του βιολογικά παραγόμενου μεθανίου.

Οι ερευνητές σημειώνουν σήμερα στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών ότι «Και τα τρία αυτά σενάρια είναι αντισυμβατικά, σε αντίθεση με τις διαδικασίες που είναι κοινές στη Γη».

Ο άνθρακας έχει δύο σταθερά ισότοπα, το 12 και το 13. Εξετάζοντας τις ποσότητες του καθενός σε μια ουσία, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν λεπτομέρειες σχετικά με κύκλος άνθρακα που συνέβη, ακόμα κι αν συνέβη πριν από πολύ καιρό.

«Οι ποσότητες άνθρακα 12 και άνθρακα 13 στο ηλιακό μας σύστημα είναι οι ποσότητες που υπήρχαν κατά το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος», δήλωσε ο Christopher H. House, καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State. “Υπάρχουν και τα δύο σε όλα, αλλά επειδή ο άνθρακας 12 αντιδρά πιο γρήγορα από τον άνθρακα 13, η εξέταση των σχετικών ποσοτήτων του καθενός στα δείγματα μπορεί να αποκαλύψει τον κύκλο του άνθρακα.”

Το Curiosity, του οποίου ηγείται το Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης της NASA στη Νότια Καλιφόρνια, έχει περάσει τα τελευταία εννέα χρόνια εξερευνώντας μια περιοχή του κρατήρα Gale που έχει εκθέσει στρώματα αρχαίων πετρωμάτων. Το rover τρύπησε στην επιφάνεια αυτών των στρωμάτων και ανέσυρε δείγματα από θαμμένα ιζηματογενή στρώματα. Η Curiosity θέρμανε τα δείγματα απουσία οξυγόνου για να διαχωρίσει τυχόν χημικά. Η φασματοσκοπική ανάλυση ενός μέρους του ανηγμένου άνθρακα που παρήχθη από αυτή την πυρόλυση έδειξε ένα ευρύ φάσμα ποσοτήτων άνθρακα 12 και άνθρακα 13 ανάλογα με το πού ή πότε σχηματίστηκε το αρχικό δείγμα. Κάποιος άνθρακας εξαντλήθηκε εξαιρετικά σε άνθρακα 13 ενώ άλλα δείγματα άνθρακα εμπλουτίστηκαν.

«Τα δείγματα που είναι εξαιρετικά εξαντλημένα σε άνθρακα 13 μοιάζουν λίγο με δείγματα από την Αυστραλία που ελήφθησαν από ίζημα ηλικίας 2,7 δισεκατομμυρίων ετών», είπε ο Χάουζ. «Αυτά τα δείγματα προκλήθηκαν από βιολογική δραστηριότητα όταν το μεθάνιο καταναλώθηκε από αρχαία μικροβιακά στρώματα, αλλά δεν μπορούμε απαραίτητα να το πούμε αυτό στον Άρη επειδή είναι ένας πλανήτης που μπορεί να έχει σχηματιστεί από διαφορετικά υλικά και διαδικασίες από τη Γη».

Για να εξηγήσουν τα εξαιρετικά εξαντλημένα δείγματα, οι ερευνητές προτείνουν τρεις πιθανότητες—α κοσμική σκόνη σύννεφο, η υπεριώδης ακτινοβολία που διασπά το διοξείδιο του άνθρακα ή η υπεριώδης αποδόμηση του βιολογικά δημιουργημένου μεθανίου.

Σύμφωνα με τον House, κάθε δύο εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια το ηλιακό σύστημα διέρχεται από ένα γαλαξιακό μοριακό νέφος.

«Δεν εναποθέτει πολλή σκόνη», είπε ο Χάουζ. «Είναι δύσκολο να δει κανείς κάποιο από αυτά τα γεγονότα εναπόθεσης στο αρχείο της Γης».

Για να δημιουργήσετε ένα επίπεδο που θα μπορούσε το Curiosity δείγμα, το γαλαξιακό σύννεφο σκόνης θα είχε πρώτα μειώσει τη θερμοκρασία σε έναν Άρη που εξακολουθούσε να περιέχει νερό και να δημιουργεί παγετώνες. Η σκόνη θα είχε αποτεθεί στην κορυφή του πάγου και στη συνέχεια θα έπρεπε να παραμείνει στη θέση του μόλις λιώσει ο παγετώνας, αφήνοντας πίσω του ένα στρώμα βρωμιάς που περιελάμβανε τον άνθρακα.

Μέχρι στιγμής, υπάρχουν περιορισμένα στοιχεία για παλαιότερους παγετώνες στον κρατήρα Gale στον Άρη. Σύμφωνα με τους ερευνητές, «αυτή η εξήγηση είναι εύλογη, αλλά απαιτεί πρόσθετη έρευνα».

Μια δεύτερη πιθανή εξήγηση για χαμηλότερες ποσότητες άνθρακα 13 είναι η υπεριώδης μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οργανικές ενώσεις όπως η φορμαλδεΰδη.

“Υπάρχουν έγγραφα που προβλέπουν ότι η υπεριώδης ακτινοβολία θα μπορούσε να προκαλέσει αυτό το είδος κλασματοποίησης”, δήλωσε ο House. “Ωστόσο, χρειαζόμαστε περισσότερα πειραματικά αποτελέσματα που να δείχνουν αυτήν την κλασμάτωση μεγέθους, ώστε να μπορούμε να αποκλείσουμε ή να αποκλείσουμε αυτήν την εξήγηση.”

Η τρίτη πιθανή μέθοδος παραγωγής δειγμάτων με εξάντληση άνθρακα 13 έχει βιολογική βάση.

Στη Γη, μια υπογραφή με έντονη εξάντληση άνθρακα 13 από μια παλαιοεπιφάνεια θα υποδείκνυε παλαιότερα μικρόβια που κατανάλωσαν μεθάνιο που παρήχθη μικροβιακά. Ο αρχαίος Άρης μπορεί να είχε μεγάλα νέφη μεθανίου που απελευθερώνονταν από το υπέδαφος όπου η παραγωγή μεθανίου θα ήταν ενεργειακά ευνοϊκή. Στη συνέχεια, το απελευθερωμένο μεθάνιο είτε θα καταναλωθεί από τα μικρόβια της επιφάνειας είτε θα αντιδρούσε με το υπεριώδες φως και θα εναποτεθεί απευθείας στην επιφάνεια.

Ωστόσο, σύμφωνα με τους ερευνητές, δεν υπάρχουν επί του παρόντος ιζηματογενή στοιχεία μικροβίων επιφανείας στο παρελθόν του τοπίου του Άρη, και έτσι η βιολογική εξήγηση που τονίζεται στο έγγραφο βασίζεται σε υπεριώδες φως για να τοποθετήσετε το σήμα άνθρακα 13 στο έδαφος.

«Και οι τρεις πιθανότητες δείχνουν έναν ασυνήθιστο κύκλο άνθρακα που δεν μοιάζει με τίποτα στη Γη σήμερα», είπε ο Χάουζ. “Αλλά χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα για να καταλάβουμε ποια από αυτές είναι η σωστή εξήγηση. Θα ήταν ωραίο αν το rover ανίχνευε ένα μεγάλο νέφος μεθανίου και μετρούσε τα ισότοπα άνθρακα από αυτό, αλλά ενώ υπάρχουν μεθάνιο τα λοφία, τα περισσότερα είναι μικρά, και κανένας ρόβερ δεν έχει πάρει δείγματα από ένα αρκετά μεγάλο ώστε να μετρηθούν τα ισότοπα».

Ο House σημειώνει επίσης ότι η εύρεση υπολειμμάτων μικροβιακών χαλιών ή ενδείξεων παγετώνων θα μπορούσε επίσης να ξεκαθαρίσει λίγο τα πράγματα.

«Είμαστε προσεκτικοί με την ερμηνεία μας, που είναι το καλύτερο μάθημα όταν μελετάμε έναν άλλο κόσμο», είπε ο House.

Η Curiosity εξακολουθεί να συλλέγει και να αναλύει δείγματα και θα επιστρέψει στο αέτωμα όπου βρήκε μερικά από τα δείγματα αυτής της μελέτης σε περίπου ένα μήνα.

«Αυτή η έρευνα πέτυχε έναν μακροχρόνιο στόχο για την εξερεύνηση του Άρη», είπε ο Χάουζ. «Να μετρήσω διαφορετικά άνθρακας ισότοπα – ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία γεωλογίας – από ιζήματα σε έναν άλλο κατοικήσιμο κόσμο, και το κάνει εξετάζοντας 9 χρόνια εξερεύνησης.”

Επίσης εργάστηκε στο έργο από το Penn State ο Gregory M. Wong, πρόσφατος κάτοχος διδακτορικού διπλώματος στις γεωεπιστήμες.