ExoMars orbiter vindt geen methaan in de atmosfeer van Mars

Het “methaan mysterie” op Mars houdt de gemoederen al verschillende jaren bezig. Verschillende missies hebben tegenstrijdige resultaten opgeleverd. Zo zagen de Mars Express en de Curiosity rover sporadische spikes en uitbarstingen van gas in de atmosfeer, fluctuaties zowel aan het oppervlak als vanuit een baan om de planeet, signalen dat de hoeveelheid gas varieert met de seizoenen of zelfs helemaal geen methaan. De Trace Gas Orbiter van de ESA heeft nu nieuwe grenzen bepaalt voor de hoeveelheid methaan en drie andere biosignatuur gassen (ethaan, etheen en fosfine).

Een van de hoofddoelen van de Trace Gas Orbiter van de ESA is het zoeken naar biosignaturen. Een belangrijk biosignatuurgas is methaan. Het meeste methaan op Aarde is afkomstig van levende wezens of geologische activiteit en dat zou dus ook kunnen gelden voor Mars.

Eerdere schattingen variëren van 0,2 tot 30 ppb-v oftewel maximaal 30 moleculen methaan per miljard moleculen. In de aardse atmosfeer is ongeveer 2000 ppb-v methaan aanwezig.

De eerste resultaten van de TGO die in april 2019 werden gerapporteerd lieten geen methaan zien. Zou er wel methaan aanwezig zijn dan zou dit minder dan 0.05 ppb-v zijn.

De onderzoekers hebben de Atmospheric Chemistry Suite (ACS) aan boord van de Trace Gas Orbiter gebruikt om de bovengrens voor methaan op Mars aan te scherpen. Deze keer zijn gegevens van meer dan 1,4 Marsjaar (2,7 aardse jaren) gebruikt. Ze vonden helemaal geen methaan en dat suggereert dat er wellicht nog minder methaan aanwezig is dan eerder werd gedacht.

De instrumenten van de TGO zijn extreem gevoelig. Als er methaan aanwezig is dan is dat minder dan 0,05 ppb-v en wellicht ook minder dan 0,02 ppb-v.

De onderzoekers hebben ook gezocht naar tekenen van methaan in de Gale krater waar de Curiosity zich bevindt. Ze vonden daar geen methaan ondanks dat de rover dit wel heeft gedetecteerd.

Curiosity bevindt zich aan het oppervlak terwijl de TGO zijn metingen enkele kilometers hoger uitvoert. Het verschil tussen deze twee bevindingen kan verklaard worden door methaan dat gevangen wordt in de lagere delen van de atmosfeer of in de directe omgeving van de Curiosity rover.

Het schijnbare gebrek aan methaan wordt ondersteund door een analyse van gegevens van het NOMAD (Nadir Occultation Mars Discovery)-instrument aan boord van de Trace Gas Orbiter. Ook dit instrument ziet geen methaan en aan de hand van deze metingen werd er een grens van 0,06 ppb-v gesteld voor methaan. Dit komt overeen met de metingen uitgevoerd met het ACS-instrument.

Naast zoeken naar methaan marswijd zochten de onderzoekers ook op meer dan 2000 locaties op de planeet naar gelokaliseerde pluimen. Ook dit leverde geen methaan op dus als er op deze manier methaan vrijkomt dan moet dit sporadisch zijn.

Naast methaan zochten de onderzoekers ook nog naar twee andere gassen: ethaan en etheen. Deze moleculen worden verwacht nadat methaan door zonlicht is afgebroken. Ze zijn dus ook interessant in de zoektocht naar methaan. Deze moleculen hebben ook een korte levensduur en dat betekent dat als ze in de atmosfeer van een planeet worden gevonden ze recent zijn vrijgekomen of gemaakt via een nog steeds gaand proces. Dit maakte ze prima tracers voor mogelijke biologische of geologische activiteit.

Het zijn de eerste resultaten van de ExoMars-missie voor deze twee gassen. Ze werden beiden niet gevonden en dit leidde tot grenzen van 0,1 en 0,7 ppb-v voor ethaan respectievelijk etheen. Laag maar hoger dan de grenzen voor methaan.

De ExoMars Trace Gas Orbiter heeft ook gezocht naar fosfine. Dit is een gas dat afgelopen jaar voor veel opwinding zorgde toen het, naar later bleek foutief, op Venus was gedetecteerd. Ook fosfine werd niet aangetroffen. Detectiegrenzen voor fosfine liggen in dezelfde range als die van ethaan en etheen, tussen 0,1 en 0,6 ppb-v.

Of er nu biosignaturen worden gedetecteerd of niet, deze bevindingen zijn belangrijk voor het begrip van welke processen plaatsvinden en welke niet in de atmosfeer van Mars. Essentiële informatie bij het overwegen waar men het verdere onderzoek van Mars op moet concentreren, aldus de onderzoekers.

Er blijven vele belangrijke vragen over, bijvoorbeeld waarom Curiosity in de Gale krater methaan ziet terwijl er vanuit een baan om de planeet geen methaan wordt gezien. Zou dit methaan dan ergens anders vandaan kunnen komen of alleen op bepaalde locaties over de hele planeet worden gevonden. Of zou een onverwacht proces het aanwezige methaan kunnen vernietigen voordat het gedetecteerd kan worden.

Volgens de onderzoekers zal het spannend zijn om samen te werken met verschillende rovers zoals de Curiosity en de nog te lanceren Europese Rosalind Franklin omdat die beiden een totaal verschillend uitkijkpunt hebben ten opzichte van een orbiter. Misschien kan zo echt worden vastgesteld wat er op Mars gaande is.

De resultaten van het onderzoek zijn in drie verschillende artikelen in Astronomy & Astrophysics en Icarus verschenen.

Artikelen:

• Montmessin et al. 2021. A stringent upper limit of 20 pptv for methane on Mars and constraints on its dispersion outside Gale crater. A&A 650, A140;
• Elise W. Knutsen et al. 2021. Comprehensive investigation of Mars methane and organics with ExoMars/NOMAD. Icarus 357: 114266;
• S. Olsen et al. 2021. Upper limits for phosphine (PH3) in the atmosphere of Mars. A&A 649, L1;

Eerste publicatie: 25 juli 2021
Bron: ESA/Sci-News