De ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter heeft nieuwe bovengrenzen vastgesteld voor hoeveel methaan, ethaan, ethyleen en fosfine bevinden zich in de atmosfeer van Mars - vier zogenaamde 'biomarker'-gassen die potentiële tekenen van leven zijn.

Het zoeken naar biomarkers op Mars is een primair doel van de ExoMars Trace Gas Orbiter. Een belangrijke biomarker van belang is methaan, zoveel van het methaan dat op aarde wordt gevonden, wordt geproduceerd door levende wezens of geologische activiteit - en dus kan hetzelfde gelden voor Mars.

Het 'methaanmysterie' op Mars is al vele jaren aan de gang, met tegenstrijdige bevindingen van missies, waaronder ESA's Mars Express en NASA's Curiosity-rover die sporadische pieken en uitbarstingen van het gas in de atmosfeer van Mars vastleggen, fluctuaties zowel in de baan als aan het oppervlak van de planeet, tekenen van het gas variëren met de seizoenen, of helemaal geen methaan waarnemen.

Eerdere schattingen van Mars en grondmissies variëren van 0,2 tot 30 delen per miljard per volume (ppbv), wat aangeeft tot 30 moleculen methaan per miljard moleculen. Als referentie, methaan is aanwezig in de atmosfeer van de aarde met bijna 2000 ppbv.

Echter, de eerste resultaten van de Trace Gas Orbiter, gerapporteerd in april 2019, geen methaan gezien, in plaats daarvan dat te berekenen, indien aanwezig, het gas moet een maximale concentratie hebben van slechts 0,05 ppbv.

"We hebben nu de Trace Gas Orbiter gebruikt om de bovengrens voor methaan op Mars nog verder te verfijnen, deze keer gegevens verzamelen voor meer dan 1,4 Marsjaren - 2,7 aardse jaren, " zegt Franck Montmessin van LATMOS, Frankrijk, Mede-hoofdonderzoeker van de Atmospheric Chemistry Suite (ACS) van de Trace Gas Orbiter en hoofdauteur van een van een drietal nieuwe artikelen over biomarkers op Mars.

"We hebben helemaal geen spoor van het gas gevonden, wat suggereert dat de hoeveelheid methaan op Mars waarschijnlijk zelfs lager is dan eerdere schattingen suggereren."

Omdat de instrumenten van de orbiter zeer gevoelig zijn, als methaan aanwezig is, moet het een abundantie hebben van minder dan 0,05 ppbv - en waarschijnlijker van minder dan 0,02 ppbv, zeggen Franck en collega's. De wetenschappers jaagden ook op tekenen van methaan rond het huis van Curiosity, Gale krater, en niets gevonden, ondanks dat de rover de aanwezigheid van methaan daar meldt.

"Nieuwsgierigheid meet precies aan het oppervlak van Mars terwijl de orbiter een paar kilometer hoger meet - dus het verschil tussen deze twee bevindingen zou kunnen worden verklaard door methaan dat vastzit in de lagere atmosfeer of de onmiddellijke nabijheid van de rover, ’ voegt Franc toe.

Het schijnbare gebrek aan methaan op Mars, gerapporteerd door Franck en collega's, wordt ondersteund door een paper met gegevens van het NOMAD-instrument (Nadir Occultation MARs Discovery) van de orbiter, opnieuw een volledig martiaans jaar overspannend en op zoek naar methaan en twee andere biomarkers.

"We hebben ook geen spoor van methaan gevonden op Mars, en stel een bovengrens in van 0,06 ppbv, wat overeenkomt met de eerste bevindingen van TGO met behulp van ACS, ", zegt hoofdauteur Elise Wright Knutsen, eerder bij NASA's Goddard Space Flight Center, ONS., en nu bij LATMOS, Frankrijk. "Naast het zoeken naar globaal methaan, we hebben ook gezocht naar gelokaliseerde pluimen op meer dan 2000 locaties op de planeet en hebben niets ontdekt - dus als methaan op deze manier vrijkomt, het moet sporadisch zijn."

Naast methaan, Elise en collega's zochten naar twee andere potentiële biomarkergassen:ethaan en ethyleen. Deze moleculen zullen naar verwachting optreden nadat methaan is afgebroken door zonlicht, en zijn dus opwindend, zowel op zichzelf als in de context van onze jacht op methaan. Ethaan- en ethyleenmoleculen hebben ook een korte levensduur, wat betekent dat als ze worden gevonden in een planetaire atmosfeer, ze recentelijk moeten zijn vrijgegeven of zijn gecreëerd via een doorlopend proces. Dit maakt ze uitstekende tracers van mogelijke biologische of geologische activiteit.

"Dit zijn de eerste resultaten van ExoMars op jacht naar deze twee gassen, " zegt Elise. "We hebben het ook niet ontdekt, en dus bovengrenzen voor ethaan en ethyleen instellen op 0,1 en 0,7 ppbv, respectievelijk - laag, maar hoger dan onze limieten voor methaan."

De orbiter is ook op jacht geweest naar fosfine - een gas dat vorig jaar een plons en enorme controverse veroorzaakte toen het naar verluidt werd gedetecteerd op Venus. Het meeste fosfine op aarde wordt biologisch geproduceerd, waardoor het een opwindende biomarker is in de atmosferen van terrestrische planeten.

"We hebben geen tekenen van fosfine gevonden op Mars, " zegt Kevin Olsen van de Universiteit van Oxford, VK, en hoofdauteur van de fosfinestudie. "Onze bovengrenzen zijn vergelijkbaar voor die van ethaan en ethyleen:tussen 0,1 en 0,6 ppbv."

De zoektocht naar leven op Mars, of slepende handtekeningen ervan, is een centraal doel van het ExoMars-programma, en de jacht op biomarkers in het bijzonder is een primair doel van de Trace Gas Orbiter. De aanstaande ExoMars-rover Rosalind Franklin, gepland voor lancering in 2022, zal de jacht van TGO op biomarkers aanvullen door in het oppervlak van Mars te graven; ondergrondse monsters hebben meer kans om biomarkers vast te houden, omdat materiaal wordt afgeschermd van de harde stralingsomgeving van de ruimte.

"Of biomarkers worden gedetecteerd of niet, deze bevindingen zijn belangrijk voor ons begrip van welke processen plaatsvinden, en welke niet, in de atmosfeer van Mars - essentiële informatie bij het overwegen waar we ons verder onderzoek naar Mars moeten concentreren, " voegt Håkan Svedhem toe, ESA-projectwetenschapper voor de ExoMars Trace Gas Orbiter.

"Er blijven veel belangrijke vragen over, bijvoorbeeld waarom ziet Curiosity methaan bij Gale Crater, terwijl we er geen in een baan om de aarde vinden? Zou dit methaan ergens anders vandaan kunnen komen, of alleen te vinden zijn op bepaalde locaties over de hele planeet - of zou een onverwacht proces eventueel aanwezig methaan kunnen vernietigen voordat we het kunnen detecteren?

Het zal spannend zijn om te blijven samenwerken met missies zoals de rovers Curiosity en Rosalind Franklin, die beide totaal verschillende uitkijkpunten hebben voor een orbiter, om echt vast te stellen wat er gebeurt in deze mysterieuze planetaire omgeving."