For første gang er en in-situ måling af metan på Mars - foretaget af NASAs Curiosity rover - uafhængigt bekræftet fra bane, af ESAs Mars Express. Kunne det være en ledetråd til Mars-livet?
Kunstnerens koncept af Mars Express i kredsløb omkring Mars. Ny analyse af data fra rumfartøjet har uafhængigt bekræftet den første detektion af metan af NASAs Curiosity rover i 2013. Billede via DLR Institute of Planetetary Research.
Hvor kommer Mars 'methan fra? Det er et af de mest spændende mysterier for Mars-forskere i de senere år. Kunne Mars 'metan være bevis på ...liv?
Der er nu en korreleret bekræftelse af en signifikant detektion af metan. Det er første gang, at en måling in situ er uafhængigt bekræftet fra bane. Siden landing i 2012 har NASA's Curiosity rover til tider fundet metan i Mars 'atmosfære. Den nye undersøgelse - ledet af Marco Giuranna fra National Institute for Astrophysics og Institute for Space Astrophysics and Planetology i Rom, Italien - bekræfter, at ESAs Mars Express-orbiter opdagede en metanpik i juni 2013 dagen efter nysgerrighed. Det peer-vurderede fund blev rapporteret i Naturgeovidenskab den 1. april 2019. Ifølge Dmitri Titov, ESAs Mars Express-projektforsker:
Mars Express var den første til at rapportere en markant detektion af metan fra kredsløb omkring Mars, og nu, 15 år senere, kan vi meddele den første samtidige og samlokaliserede detektion af metan med en rover på overfladen.
Hvorfor er metan på Mars så interessant for forskere? Skrivning i Videnskab sidste år kaldte Eric Hand denne gas effluvia af liv, hovedsageligt fordi ca. 16 procent af Jordens årlige methanemission til atmosfæren kommer fra køerne. ESA forklarede:
Molekylet tiltrækker en sådan opmærksomhed, fordi der på jorden genereres metan af levende organismer såvel som geologiske processer. Fordi det hurtigt kan ødelægges ved atmosfæriske processer, betyder enhver detektion af molekylet i den Martiske atmosfære, at det må være blevet frigivet relativt for nylig - selvom metan selv blev produceret for millioner eller milliarder af år siden og lå fanget i underjordiske reservoirer indtil nu.
Mens rumfartøjs- og teleskopobservationer fra Jorden generelt har rapporteret om ingen eller meget lave detektioner af metan eller målinger lige ved grænsen for instrumenternes kapaciteter, har en håndfuld falske pigge sammen med Curiositys rapporterede sæsonvariation på dens placering i Gale Crater, rejse det spændende spørgsmål om, hvordan det genereres og ødelægges i nutiden.
Spike fra juni 2013, som Curiosity havde set, var omkring seks ppb (dele pr. Milliard), mens Mars Express-detektionen dagen efter målte ca. 15 ppb. Det er meget lille i sammenligning med metaniveauet i Jordens atmosfære, men stadig betydningsfuld. Til sammenligning har baggrunden af metan i Gale Crater en tendens til at variere fra 0,24 ppb til 0,65 ppb. Fra papiret:
Rapporter om metandetektion i den Martiske atmosfære er blevet intensivt drøftet. Tilstedeværelsen af metan kan øge levedygtigheden og kan endda være en signatur på livet. Der er dog ikke bekræftet nogen detektion med uafhængige målinger. Her rapporterer vi en fast detektion af 15,5 ± 2,5 ppb i volumen af metan i den Martiske atmosfære over Gale-krateret den 16. juni 2013 af Planetary Fourier Spectrometer ombord på Mars Express, en dag efter observation på stedet af en metanspids ved kuriositeten rover. Metan blev ikke påvist i andre orbital passager. Påvisningen bruger forbedret observationsgeometri såvel som mere sofistikeret databehandling og analyse og udgør en samtidigt, uafhængig detektion af metan. Vi udfører ensemble simuleringer af den Martiske atmosfære ... for at identificere en potentiel kilde region øst for Gale krater. Vores uafhængige geologiske analyse peger også på en kilde i denne region, hvor fejl i Aeolis Mensae kan strække sig ind i den foreslåede lavvandede is i Medusae Fossae-formationen og episodisk frigive gas fanget under eller inden i isen.Vores identifikation af et sandsynligt frigørelsessted vil give fokus for fremtidige undersøgelser af metans oprindelse på Mars.
Rist af region omkring Gale-krateret, hvor metanen mest sandsynligt stammer fra, ifølge den nye undersøgelse. Billede via ESA / Giuranna et al. (2019).
Selvom resultaterne fra nysgerrighed stod på deres egen, stivner den yderligere bekræftelse fra Mars Express fundet yderligere og hjælper med at indsnævre det sted, hvor metanpigen stammer fra, som Giuranna forklarede:
Generelt registrerede vi ingen metan, bortset fra en konkret detektion af ca. 15 dele pr. Milliard volumen methan i atmosfæren, hvilket viste sig at være et dag efter, at Curiosity rapporterede en spike på ca. seks dele pr. Milliard.
Selvom dele pr. Milliard generelt betyder en relativt lille mængde, er det ganske bemærkelsesværdigt for Mars - vores måling svarer til et gennemsnit på ca. 46 ton metan, der var til stede i et område på 49.000 kvadratkilometer observeret fra vores bane.
Så både en rover og en orbiter bekræftede metanspidsen, men hvor kom den fra? Curiosity-teamet spekulerede på det tidspunkt, at det kom fra et sted lige nord for roveren, men stadig inde i Gale-krateret, hvor roveren har været siden 2012. Men den nye analyse viser, at det mere sandsynligt kom uden for krateret, ca. 310 miles ( 500 km) mod øst. Ifølge Giuranna:
Vores nye Mars Express-data, taget en dag efter Curiositys registrering, ændrer fortolkningen af, hvor metanen stammer fra, især når man overvejer globale atmosfæriske cirkulationsmønstre sammen med den lokale geologi. Baseret på geologisk bevis og den mængde metan, som vi målte, tror vi, at kilden sandsynligvis ikke er placeret i krateret.
Illustration, der viser, hvilke processer der kan skabe og ødelægge metan på Mars. Metanen stammer sandsynligvis fra under overfladen og frigøres i atmosfæren gennem revner under jorden. Billede via ESA.
To uafhængige analyser kom til den samme konklusion. Området omkring Gale-krateret blev opdelt i gitre på 250 kvadratkilometer for at indsnævre placeringen af spidsen.
Forskere fra Royal Belgian Institute for Space Aeronomy (BIRA-IASB) i Bruxelles, Belgien, udførte den første analyse ved hjælp af computersimuleringer til at skabe en million mulige emissionsscenarier for hvert kvadrat for at forudsige sandsynligheden for metanemission for hver af disse placeringer. Simuleringerne var omfattende under hensyntagen til de målte data, forventede atmosfæriske cirkulationsmønstre og metanfrigøringsintensitet og varighed baseret på det geologiske fænomen "gasudslipning."
Geologer fra National Institute of Geophysics and Volcanology i Rom, Italien og Planetary Science Institute i Tucson, Arizona, foretog den anden analyse. Denne fokuserede på at identificere fysiske træk i terrænet, der kan være forbundet med udtræden af metan fra under overfladen. Sådanne træk er almindelige på Jorden, herunder tektoniske fejl, muddervulkaner og naturgasfelter. Ifølge medforfatter Giuseppe Etiope:
Vi identificerede tektoniske fejl, der kunne strække sig under et område, der blev foreslået at indeholde lav is. Da permafrost er en fremragende forsegling for methan, er det muligt, at isen her kan fange metan under jorden og frigive den episodisk langs de fejl, der bryder igennem denne is.
Bemærkelsesværdigt så vi, at den atmosfæriske simulering og den geologiske vurdering, der blev udført uafhængigt af hinanden, antydede det samme område med metanens oprindelse. Dette er meget spændende og stort set uventet.
Diagram, der viser sæsonbestemte variationer i mængden af metan, der er påvist af Curiosity rover, der topper i varmere måneder. Billede via NASA / JPL-Caltech.
Periodiske eller intermitterende frigivelser af metan fra kilder som disse ville passe til observationer fra forskellige teleskoper og rumfartøjer gennem årene. Medforfatter Frank Daerden tilføjede:
Vores resultater understøtter ideen om, at metanfrigivelse på Mars kan være kendetegnet ved små, kortvarige geologiske begivenheder snarere end en konstant påfyldning af global tilstedeværelse, men vi er også nødt til at forstå bedre, hvordan metan fjernes fra atmosfæren, og hvordan man kan forene Mars Express-data med resultater fra andre missioner.
Forskere har teoretiseret, at den mest sandsynlige kilde til metan ville være fra undergrunden, og disse resultater ser ud til at understøtte det. Lommer af metan kunne frigives periodisk ved sådanne små geologiske begivenheder. Nysgerrigheden havde også bestemt, at metanudgivelserne nær dens placering var sæsonbestemte, tilsyneladende forbundet med perioder med opvarmningstemperaturer om sommeren, hvilket små bursts af fanget metan, der frigives ved opvarmning af isaflejringer muligvis kan forklare.
NASAs Curiosity rover opdagede pigge i metaniveauet i atmosfæren i 2013 og 2014. ESAs Mars Express-orbiter bekræftede også den første af disse fund. Billede via NAS / JPL-Caltech.
At finde placeringen af mindst en metanpik er betydelig, men det fortæller os ikke hvordan metanen blev oprettet i første omgang. På jorden producerer levende organismer langt størstedelen af metan, inklusive underjordisk. Det kan dog også stamme fra geologisk aktivitet. Producerer liv også Mars 'metan - mest sandsynligt mikrober - eller geologi? Vi ved ikke endnu, og kun yderligere observationer vil hjælpe med at besvare det spørgsmål. Der er stadig stadig spørgsmålet om, hvad der får methanen til at forsvinde igen så hurtigt. I mellemtiden fortsætter analysen af kilderne til metan, som bemærket af Giuranna:
Vi vil analysere flere af de data, der er indsamlet af vores instrument i fortiden, mens vi fortsætter vores løbende overvågningsindsats, herunder koordinering af nogle observationer med ExoMars Trace Gas Orbiter.
Trace Gas Orbiter (TGO) - en del af ESAs ExoMars-mission - blev uventet fundet ingen metan i de første undersøgelser af den Martiske atmosfære, men det er muligt, at det bare ikke kiggede på det rigtige tidspunkt, da metastoserne ser ud til at være sæsonbetonede. Forhåbentlig vil kommende observationer være mere succesrige - rumfartøjet bærer nogle af de mest avancerede instrumenter designet til at analysere metan og andre sporingsgasser.
Nederste linje: Mars 'methans oprindelse er et af de mest spændende mysterier på den røde planet. Vi ved stadig ikke, om metan er geologisk eller biologisk - eller måske endda begge dele - men takket være nye data fra Mars Express og Curiosity, begynder vi nu at lukke ind på bare hvor metanen kommer fra - et vigtigt skridt i retning af at bestemme retfærdigt hvad skaber det.