I 2013, i en stor succeshistorie, lavede en Mars-rover og orbiter en næsten-samtidig observation af metan i Mars 'atmosfære. Nu har en ny mission, der kredser omkring Mars - ESA's Trace Gas Orbiter - ikke fundet metan. Hvorfor?
Kunstnerens koncept af ESAs Trace Gas Orbiter, en del af ExoMars-missionen, der analyserer den Martiske atmosfære. Billede via ESA / ATG MediaLab.
For ti dage siden talte vi om en detektion i juni 2013 af metan i Mars 'atmosfære af både den jordbaserede Curiosity rover og Mars Express orbiter. Forskere var begejstrede for det, fordi der på Jorden genereres metan af levende organismersamt geologiske processer. Så Mars 'metan kan muligvis holde ledetråde til mulig liv på Mars. Men nu spørger en anden gruppe forvirrede planetvidenskabere ... hvor er Mars 'metan gået? De første resultater fra ESAs Trace Gas Orbiter (TGO) - en del af ExoMars-missionen, der blev lanceret på Mars i 2016 - viste stort set ingen tegn på gassen i den Martiske atmosfære. Dette er mildest talt overraskende.
TGO har også nogle nye fund for forskere om støv i Mars 'atmosfære og bundforekomster af vandis og vandrelaterede mineraler.
De forvirrende metanresultater blev præsenteret på det årlige møde i Den Europæiske Geovidenskabs Union i sidste uge i Wien, og en første artikel blev offentliggjort den 10. april 2019 i det peer-reviewede tidsskrift Natur i dag. Et andet papir, også i Natur i dag, diskuterer virkningen af den nylige globale støvstorm på vand i den Martiske atmosfære. Et tredje papir (på russisk), der blev forelagt Forløb fra det russiske videnskabsakademi, giver det mest detaljerede kort nogensinde produceret af vandis og hydratiserede mineraler i planetens lave undergrund.
Indtil videre har TGO fundet en øvre grænse for metan i den Martiske atmosfære 10 til 100 gange mindre end tidligere detektioner. Hvorfor? Billede via ESA; rumfartøj: ATG MediaLab; data: O. Korablev et al (2019).
Disse papirer angiver en øvre grænse på 0,05 ppbv (dele pr. Milliard volumen), som er 10 til 100 gange mindre methan end alle tidligere rapporterede detektioner. Den mest præcise detektion af 0,012 ppbv, taget af Atmosfære Chemistry Suite (ACS) spektrometer på TGO, blev opnået i en højde af mindre end to miles (tre km). Ifølge ACS-hovedundersøger Oleg Korablev ved Rumforskningsinstituttet for det russiske videnskabsakademi i Moskva:
Vi har smukke data med stor nøjagtighed, der sporer signaler om vand inden for det område, hvor vi ville forvente at se metan, men alligevel kan vi kun rapportere en beskeden øvre grænse, der antyder et globalt fravær af metan.
Jordbaserede teleskoper havde tidligere fundet kortvarige målinger på op til 45 ppbv, mens Mars Express fandt en grænse på 10 ppbv i 2004. Curiosity rover fandt et baggrundsniveau af metan på 0,2 - 0,7 ppbv med højere periodiske toppe. Vores historie fra for en uge siden rapporterede, at Mars Express havde bekræftet en af Curiosity's største toppe i 2013, og indsnævrede placeringen af mindst en metan-plys ned mod øst for Gale-krateret.
En historie med nøglemetanmålinger på Mars fra 1999 til 2018. Billede via ESA.
Den øverste grænse på 0,05 ppbv udgør i alt ca. 500 ton metan, men det er faktisk en meget lille mængde, når den spredes over hele atmosfæren.
Resultaterne fra TGO synes at være ganske modstridende med alle tidligere afsløringer, hvilket stiller nogle vanskelige spørgsmål. Hvor gik metanen hen? Er det fejl i analysen, eller - som forskere har antydet - ødelægges metanen aktivt på en eller anden måde kort efter, at det er frigivet i atmosfæren? Som Korablev forklarede:
TGO's højpræcisionsmålinger synes at være i strid med tidligere detektioner; for at forene de forskellige datasæt og matche den hurtige overgang fra tidligere rapporterede røg til de tilsyneladende meget lave baggrundsniveauer, er vi nødt til at finde en metode, der effektivt ødelægger metan tæt på planets overflade.
Som Håkan Svedhem, TGO-projektforsker, også bemærkede:
Ligesom spørgsmålet om tilstedeværelsen af metan og hvor det muligvis kommer fra har skabt så meget debat, så er spørgsmålet om, hvor det går, og hvor hurtigt det kan forsvinde, lige så interessant.
Vi har ikke alle brikkerne i puslespillet eller ser det fulde billede endnu, men det er derfor, vi er der med TGO, foretager en detaljeret analyse af atmosfæren med de bedste instrumenter, vi har, for bedre at forstå, hvor aktiv denne planet er - uanset om det er geologisk eller biologisk.
Diagram, der viser den sæsonbetonede cyklus af metan som detekteret af Curiosity rover i Gale Crater. Billede via NASA / JPL-Caltech.
Metan er af primær interesse for forskere, der studerer Mars, da det kan stamme enten geologisk eller biologisk. På Jorden produceres langt det meste af gassen - ca. 95 procent - af levende organismer, men nogle er også skabt af geologisk aktivitet. Vi ved stadig ikke oprindelsen af Mars 'metan, men Curiosity rover bestemte også, at det er det sæson- i naturen - stigende om sommeren og falder igen om vinteren - hvilket kan forklare, hvorfor det endnu ikke er fundet af TGO. Aktuelt bevis peger også på metan, der sandsynligvis kommer fra under overfladen. Det kan passe ind i enten et geologisk eller biologisk scenario, eller måske endda begge dele.
Metan er ikke det eneste, som TGO har undersøgt; orbiteren har også undersøgt, hvordan støv i atmosfæren fra den nylige globale støvstorm påvirkede vanddamp. To spektrometre - NOMAD og ACS - foretaget de første solopvarmningsmålinger i atmosfæren med høj opløsning for at se, hvordan sollys absorberes i atmosfæren som en måde at afsløre de kemiske fingre på dens ingredienser. Den lodrette fordeling af vanddamp blev målt fra tæt på overfladen til over 80 km (80 km) i højde. Ifølge Ann Carine Vandaele, hovedetterforsker af NOMAD ved Royal Belgian Institute for Space Aeronomy:
I de nordlige breddegrader så vi træk såsom støvskyer i højder på omkring 25-40 km, som ikke var der før, og i sydlige breddegrader så vi støvlag bevæge sig til højere højder. Forøgelsen af vanddamp i atmosfæren skete bemærkelsesværdigt hurtigt, over blot et par dage under stormens indtræden, hvilket indikerede en hurtig reaktion af atmosfæren på støvstormen.
Resultaterne passer til tidligere globale cirkulationsmodeller, sagde Vandaele:
Vi ser, at vand ... er meget følsomt over for tilstedeværelsen af isskyer, hvilket forhindrer, at det når atmosfæriske lag højere op. Under stormen nåede vand meget højere højder. Dette blev teoretisk forudsagt af modeller i lang tid, men dette er første gang, vi har været i stand til at observere det.
TGO-observationer af, hvordan støv fra den nylige globale støvstorm har påvirket vanddamp i den Martiske atmosfære. Billede via ESA; rumfartøj: ATG MediaLab; data: A-C Vandaele et al (2019).
TGO har også brugt sin neutrondetektor kaldet FREND til at kortlægge fordelingen af brint i den øverste meter af Mars 'overflade. Det har angivet tilstedeværelsen, enten nu eller tidligere, af vand. TGO kan finde mineraler, der blev dannet i vand for millioner eller milliarder af år siden, samt registrere aktuelle aflejringer af is under overfladen. Som Igor Mitrofanov, hovedetterforsker af FREND-instrumentet, sagde:
På blot 131 dage havde instrumentet allerede produceret et kort, der har en højere opløsning end dataene fra de 16 år fra sin forgænger ombord på NASAs Mars Odyssey - og det er bestemt til at fortsætte med at blive bedre.
Dataene forbedres konstant, og vi vil efterhånden have, hvad der vil blive referencedata for kortlægning af overfladiske vandrige materialer på Mars, afgørende for at forstå den overordnede udvikling af Mars, og hvor alt det nuværende vand er nu. Det er vigtigt for videnskaben på Mars, og det er også værdifuldt for fremtidig Mars-efterforskning.
Den manglende detektion af metan indtil videre af TGO udgør en conundrum for forskere. Hvis det er der, som flere Mars-missioner og teleskoper har vist, hvordan forsvinder det så hurtigt? Hvis det er sæsonbestemt som tidligere bestemt, var TGO så bare på det forkerte tidspunkt? Kun yderligere observationer vil hjælpe med at besvare dette spørgsmål. Chris Webster, en seniorforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, fortalte Space.com at han er optimistisk TGO vil stadig registrere metan:
Vi er nødt til at være mere tålmodige med TGO, fordi en ting, vi har lært, er, at metanhistorien er fuld af overraskelser, og der er helt sikkert mere der kommer. Det ville ikke overraske mig, hvis TGO opdagede metan engang i fremtiden.
Vil du have flere detaljer? Der er en god oversigt over de nye metanfund i en ny artikel i Natur.
Kort over lavvandet underjordisk vand (hydratiserede mineraler / is) på Mars. Billede via ESA; rumfartøj: ATG / medialab; data: I. Mitrofanov et al (2018).
Nederste linje: Mars 'methans oprindelse er stadig et mysterium, men nu er dens tilsyneladende forsvindende handling i sig selv et andet puslespil for forskere at løse.