In einer großen Erfolgsgeschichte beobachteten ein Marsrover und ein Orbiter 2013 nahezu gleichzeitig Methan in der Marsatmosphäre. Jetzt konnte eine neuere Mission, die den Mars umkreist - der Spurengas-Orbiter der ESA - kein Methan mehr nachweisen. Warum?
Künstlerisches Konzept des ESA Trace Gas Orbiter, Teil der ExoMars-Mission, zur Analyse der Marsatmosphäre. Bild über ESA / ATG MediaLab.
Vor zehn Tagen sprachen wir über eine Detektion von Methan in der Marsatmosphäre durch den bodengestützten Curiosity Rover und den Mars Express Orbiter im Juni 2013. Die Wissenschaftler waren darüber aufgeregt, weil auf der Erde Methan durch erzeugt wird lebende Organismensowie geologische Prozesse. Das Methan des Mars könnte also Hinweise auf mögliches Leben auf dem Mars enthalten. Aber jetzt fragt eine andere Gruppe ratloser Planetenforscher ... wo ist das Methan des Mars geblieben? Die ersten Ergebnisse von ESAs Trace Gas Orbiter (TGO) - Teil der ExoMars-Mission, die 2016 auf dem Mars gestartet wurde - zeigten praktisch keine Anzeichen von Gas in der Marsatmosphäre. Das ist gelinde gesagt überraschend.
TGO hat auch einige neue Erkenntnisse für Wissenschaftler über Staub in der Marsatmosphäre und unterirdische Ablagerungen von Wassereis und wasserbezogenen Mineralien.
Die rätselhaften Methanergebnisse wurden auf der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in der vergangenen Woche in Wien vorgestellt und am 10. April 2019 im Fachjournal veröffentlicht Natur heute. Ein zweites Papier, auch in Natur heute, diskutiert die Auswirkungen des jüngsten globalen Staubsturms auf das Wasser in der Marsatmosphäre. Eine dritte Arbeit (in russischer Sprache), eingereicht bei der Verfahren der Russischen Akademie der Wissenschaften, bietet die detaillierteste Karte, die jemals von Wassereis und hydratisierten Mineralien im flachen Untergrund des Planeten erstellt wurde.
Bisher hat TGO in der Marsatmosphäre eine 10- bis 100-mal niedrigere Methanobergrenze als bei früheren Entdeckungen festgestellt. Warum? Bild über ESA; Raumschiff: ATG MediaLab; Daten: O. Korablev et al. (2019).
Diese Papiere geben eine Obergrenze von 0,05 ppbv (Teile pro Milliarde Volumen) an, was 10- bis 100-mal weniger Methan ist als bei allen zuvor gemeldeten Nachweisen. Die genaueste Detektion von 0,012 ppbv mit dem Atmospheric Chemistry Suite (ACS) -Spektrometer an TGO wurde in einer Höhe von weniger als drei Kilometern (zwei Meilen) erreicht. Laut ACS-Forschungsleiter Oleg Korablev vom Weltraumforschungsinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau:
Wir haben wunderschöne, hochpräzise Daten, die Signale von Wasser in einem Bereich verfolgen, in dem wir Methan erwarten würden, aber wir können nur eine bescheidene Obergrenze angeben, die auf ein globales Fehlen von Methan schließen lässt.
Erdgestützte Teleskope hatten zuvor transiente Messungen von bis zu 45 ppbv gefunden, während Mars Express 2004 eine Grenze von 10 ppbv feststellte. Der Curiosity Rover fand einen Methan-Hintergrundwert von 0,2 - 0,7 ppbv mit höheren periodischen Spitzen. In unserer Geschichte von vor einer Woche wurde berichtet, dass Mars Express 2013 einen der größten Gipfel von Curiosity bestätigt und die Position von mindestens einer Methanwolke östlich des Gale-Kraters eingegrenzt hat.
Eine Geschichte der wichtigsten Methanmessungen auf dem Mars von 1999 bis 2018. Bild via ESA.
Die Obergrenze von 0,05 ppbv beträgt insgesamt etwa 500 Tonnen Methan, aber das ist tatsächlich eine sehr kleine Menge, wenn es über die gesamte Atmosphäre verteilt wird.
Die Ergebnisse von TGO scheinen allen früheren Entdeckungen zu widersprechen, was einige schwierige Fragen aufwirft. Wo ist das Methan hingegangen? Sind es Fehler in der Analyse oder wird das Methan - wie Forscher vermuteten - schon bald nach seiner Freisetzung in die Atmosphäre aktiv zerstört? Wie Korablev erklärte:
Die hochpräzisen Messungen des TGO scheinen im Widerspruch zu früheren Entdeckungen zu stehen. Um die verschiedenen Datensätze miteinander in Einklang zu bringen und den schnellen Übergang von zuvor gemeldeten Schwaden zu den scheinbar sehr niedrigen Hintergrundwerten abzustimmen, müssen wir eine Methode finden, die Methan in der Nähe der Oberfläche des Planeten effizient zerstört.
Wie Håkan Svedhem, TGO-Projektwissenschaftler, ebenfalls feststellte:
So wie die Frage nach dem Vorhandensein von Methan und seiner Herkunft so viele Debatten ausgelöst hat, ist auch die Frage, wohin es geht und wie schnell es verschwinden kann, von Interesse.
Wir haben noch nicht alle Teile des Puzzles oder sehen das ganze Bild, aber deshalb sind wir bei TGO und analysieren die Atmosphäre mit den besten Instrumenten, die wir haben, um besser zu verstehen, wie aktiv dieser Planet ist - ob geologisch oder biologisch.
Diagramm, das den vom Curiosity Rover im Gale Crater erkannten saisonalen Methanzyklus zeigt. Bild über NASA / JPL-Caltech.
Methan ist für Wissenschaftler, die den Mars untersuchen, von primärem Interesse, da es geologisch oder biologisch entstehen kann. Auf der Erde wird der weitaus größte Teil des Gases - etwa 95 Prozent - von lebenden Organismen produziert, aber einige entstehen auch durch geologische Aktivitäten. Wir wissen immer noch nicht, woher das Methan des Mars stammt, aber der Curiosity Rover hat es auch festgestellt saisonal in der Natur, die im Sommer zunimmt und im Winter wieder abnimmt - was möglicherweise erklärt, warum sie von TGO noch nicht gefunden wurde. Aktuelle Beweise deuten auch darauf hin, dass Methan höchstwahrscheinlich unter der Oberfläche austritt. Das könnte in ein geologisches oder biologisches Szenario passen, oder vielleicht sogar in beides.
Methan ist nicht das einzige, was TGO untersucht hat. Der Orbiter hat auch untersucht, wie sich Staub in der Atmosphäre durch den jüngsten globalen Staubsturm auf den Wasserdampf ausgewirkt hat. Zwei Spektrometer - NOMAD und ACS - führten die ersten hochauflösenden Messungen der Sonnenbedeckung der Atmosphäre durch, um zu sehen, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre absorbiert wird, um die chemischen Finger seiner Inhaltsstoffe freizulegen. Die vertikale Verteilung des Wasserdampfs wurde von nah an der Oberfläche bis über 80 km Höhe gemessen. Ann Carine Vandaele, Hauptforscherin von NOMAD am Königlich Belgischen Institut für Raumfahrt:
In den nördlichen Breiten sahen wir Merkmale wie Staubwolken in Höhen von etwa 25 bis 40 km, die vorher nicht vorhanden waren, und in den südlichen Breiten sahen wir Staubschichten, die sich in höhere Höhen bewegten. Die Erhöhung des Wasserdampfs in der Atmosphäre erfolgte innerhalb weniger Tage während des Beginns des Sturms bemerkenswert schnell, was auf eine rasche Reaktion der Atmosphäre auf den Staubsturm hinweist.
Die Ergebnisse stimmen mit früheren globalen Verbreitungsmodellen überein, sagte Vandaele:
Wir sehen, dass Wasser… sehr empfindlich auf das Vorhandensein von Eiswolken reagiert und verhindert, dass es atmosphärische Schichten in höheren Lagen erreicht. Während des Sturms erreichte das Wasser viel höhere Lagen. Dies wurde theoretisch von Modellen für eine lange Zeit vorhergesagt, aber dies ist das erste Mal, dass wir es beobachten konnten.
TGO-Beobachtungen, wie Staub vom jüngsten globalen Staubsturm den Wasserdampf in der Marsatmosphäre beeinflusst hat. Bild über ESA; Raumschiff: ATG MediaLab; Daten: A-C Vandaele et al. (2019).
TGO hat auch seinen Neutronendetektor FREND verwendet, um die Verteilung von Wasserstoff im obersten Meter der Marsoberfläche abzubilden. Es hat das Vorhandensein von Wasser angezeigt, entweder jetzt oder in der Vergangenheit. TGO kann Mineralien finden, die vor Millionen oder Milliarden von Jahren im Wasser gebildet wurden, und aktuelle Eisablagerungen unter der Oberfläche nachweisen. Igor Mitrofanov, Hauptforscher des FREND-Instruments, sagte:
In nur 131 Tagen hatte das Instrument bereits eine Karte erstellt, die eine höhere Auflösung aufweist als die 16-jährigen Daten seines Vorgängers an Bord der Mars Odyssey der NASA - und sie wird weiter verbessert.
Die Daten werden kontinuierlich verbessert und wir werden schließlich über Referenzdaten für die Kartierung von wasserreichen Materialien unter der Oberfläche auf dem Mars verfügen, die für das Verständnis der gesamten Entwicklung des Mars und des gegenwärtigen Wasserstandorts von entscheidender Bedeutung sind. Es ist wichtig für die Wissenschaft auf dem Mars und auch für die zukünftige Erforschung des Mars.
Die bisherige Nichterkennung von Methan durch TGO stellt die Wissenschaftler vor ein Rätsel. Wenn es dort ist, wie mehrere Mars-Missionen und -Teleskope gezeigt haben, wie verschwindet es dann so schnell? Wenn es wie zuvor festgelegt saisonal ist, hat TGO dann nur zum falschen Zeitpunkt gesucht? Nur weitere Beobachtungen werden dazu beitragen, diese Frage zu beantworten. Chris Webster, ein leitender Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA, berichtete Space.com Dass er optimistisch ist, wird TGO weiterhin Methan nachweisen:
Wir müssen geduldiger mit TGO umgehen, denn eines haben wir gelernt: Die Methangeschichte steckt voller Überraschungen, und es werden sicherlich noch weitere folgen. Es würde mich nicht überraschen, wenn TGO irgendwann in der Zukunft Methan nachweisen würde.
Wünschen Sie weitere Details? Einen guten Überblick über die neuen Methanergebnisse gibt ein neuer Artikel in Natur.
Karte der Verteilung des flachen Untergrundwassers (hydratisierte Mineralien / Eis) auf dem Mars. Bild über ESA; Raumfahrzeug: ATG / Medialab; Daten: I. Mitrofanov et al. (2018).
Fazit: Die Entstehung von Mars-Methan ist immer noch ein Rätsel, aber jetzt ist sein scheinbares Verschwinden ein weiteres Rätsel, das die Wissenschaftler lösen müssen.