Wetenschap
Waarom sijpelt methaan naar Mars? NASA-wetenschappers hebben nieuwe ideeën
Levende wezens produceren het grootste deel van het methaan op aarde. Maar wetenschappers hebben geen overtuigende tekenen gevonden van huidig of oud leven op Mars, en hadden dus ook niet verwacht daar methaan aan te treffen. Toch heeft het draagbare chemielaboratorium aan boord van de Curiosity, bekend als SAM, of Sample Analysis at Mars, voortdurend sporen van het gas opgesnoven nabij het oppervlak van de Gale-krater, de enige plek op het oppervlak van Mars waar tot nu toe methaan is gedetecteerd. De waarschijnlijke bron ervan, zo nemen wetenschappers aan, zijn geologische mechanismen waarbij water en rotsen diep onder de grond betrokken zijn.
Als dat het hele verhaal zou zijn, zou het gemakkelijk zijn. SAM heeft echter ontdekt dat methaan zich op onverwachte manieren gedraagt in de Gale-krater. Het verschijnt 's nachts en verdwijnt overdag. Het fluctueert per seizoen en piekt soms naar niveaus die 40 keer hoger zijn dan normaal. Verrassend genoeg hoopt het methaan zich ook niet op in de atmosfeer:ESA's (de European Space Agency) ExoMars Trace Gas Orbiter, speciaal naar Mars gestuurd om het gas in de atmosfeer te bestuderen, heeft geen methaan gedetecteerd.
Waarom detecteren sommige wetenschappelijke instrumenten methaan op de Rode Planeet, terwijl andere dat niet doen?
"Het is een verhaal met veel plotwendingen", zegt Ashwin Vasavada, Curiosity's projectwetenschapper bij het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië, dat de missie van Curiosity leidt.
Methaan houdt Mars-wetenschappers bezig met laboratoriumwerk en computermodelleringsprojecten die tot doel hebben te verklaren waarom het gas zich vreemd gedraagt en alleen in de Gale-krater wordt gedetecteerd. Een NASA-onderzoeksgroep deelde onlangs een interessant voorstel.
In een artikel uit maart in de Journal of Geophysical Research:Planets suggereerde de groep dat methaan – hoe het ook wordt geproduceerd – kan worden opgesloten onder gestold zout dat zich zou kunnen vormen in regoliet op Mars, wat ‘grond’ is die bestaat uit gebroken gesteente en stof. . Wanneer de temperatuur stijgt tijdens warmere seizoenen of tijden van de dag, waardoor de afdichting verzwakt, kan het methaan naar buiten sijpelen.
Onder leiding van Alexander Pavlov, een planetaire wetenschapper bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, suggereren de onderzoekers dat het gas ook in wolkjes kan uitbarsten wanneer zeehonden barsten onder de druk van bijvoorbeeld een rover ter grootte van een kleine SUV die eroverheen rijdt. . De hypothese van het team kan helpen verklaren waarom methaan alleen in de Gale-krater wordt gedetecteerd, zei Pavlov, aangezien dit een van de twee plaatsen op Mars is waar een robot ronddwaalt en in het oppervlak boort. (De andere is de Jezero-krater, waar NASA's Perseverance-rover aan het werk is, hoewel die rover geen methaan-detecterend instrument heeft.)
Pavlov herleidt de oorsprong van deze hypothese tot een niet-gerelateerd experiment dat hij in 2017 leidde, waarbij micro-organismen werden gekweekt in een gesimuleerde permafrost op Mars (bevroren grond) doordrenkt met zout, zoals veel van de permafrost op Mars dat doet.
Pavlov en zijn collega's testten of bacteriën die bekend staan als halofielen en die in zoutwatermeren en andere zoutrijke omgevingen op aarde leven, onder vergelijkbare omstandigheden op Mars zouden kunnen gedijen.
De resultaten van de microbenkweek bleken niet doorslaggevend, zei hij, maar de onderzoekers merkten iets onverwachts op:de bovenste laag van de grond vormde een zoutkorst terwijl het zoute ijs sublimeerde, veranderde van een vaste stof in een gas en liet het zout achter.
Permafrost op Mars en aarde
"We dachten er op dit moment niet veel over na", zei Pavlov, maar hij herinnerde zich de bodemkorst in 2019, toen de afstembare laserspectrometer van SAM een methaanuitbarsting detecteerde die niemand kon verklaren.
"Toen klikte het in mijn hoofd", zei Pavlov. En toen begonnen hij en een team de omstandigheden te testen die verharde zoutafdichtingen konden vormen en barsten.
Het team van Pavlov testte vijf monsters van permafrost doordrenkt met variërende concentraties van een zout, perchloraat genaamd, dat wijdverbreid is op Mars. (Er is tegenwoordig waarschijnlijk geen permafrost in de Gale-krater, maar de zeehonden kunnen zich lang geleden hebben gevormd toen Gale kouder en ijskouder was.) De wetenschappers hebben elk monster blootgesteld aan verschillende temperaturen en luchtdruk in een Mars-simulatiekamer bij NASA Goddard.
Van tijd tot tijd injecteerde het team van Pavlov neon, een methaananaloog, onder het grondmonster en mat de gasdruk eronder en erboven. Een hogere druk onder het monster impliceerde dat het gas vastzat. Uiteindelijk vormde zich onder Mars-achtige omstandigheden binnen drie tot dertien dagen een afdichting, alleen in monsters met een perchloraatconcentratie van 5% tot 10%.
Dat is een veel hogere zoutconcentratie dan Curiosity in de Gale-krater heeft gemeten. Maar regoliet is daar rijk aan een ander type zoutmineralen, sulfaten genaamd, die het team van Pavlov vervolgens wil testen om te zien of ze ook zeehonden kunnen vormen.
De Curiosity-rover is aangekomen in een gebied dat waarschijnlijk is ontstaan toen het klimaat op Mars aan het opdrogen was.
Het verbeteren van ons begrip van de productie- en vernietigingsprocessen van methaan op Mars is een belangrijke aanbeveling uit de NASA Planetary Mission Senior Review uit 2022, en theoretisch werk zoals dat van Pavlov is van cruciaal belang voor deze inspanning. Wetenschappers zeggen echter dat er ook consistentere methaanmetingen nodig zijn.
SAM snuffelt slechts een paar keer per jaar naar methaan, omdat het anders bezig is met zijn voornaamste taak:het boren van monsters van het oppervlak en het analyseren van hun chemische samenstelling.
"Methaanexperimenten vergen veel hulpbronnen, dus we moeten zeer strategisch te werk gaan als we besluiten ze uit te voeren", zegt Charles Malespin van Goddard, hoofdonderzoeker van SAM.
Maar om te testen hoe vaak de methaanniveaus pieken, zou bijvoorbeeld een nieuwe generatie oppervlakte-instrumenten nodig zijn die methaan continu meten vanaf vele locaties op Mars, zeggen wetenschappers.
"Een deel van het methaanwerk zal moeten worden overgelaten aan toekomstige ruimtevaartuigen die zich meer richten op het beantwoorden van deze specifieke vragen", aldus Vasavada.