Nieuw mysterie op Mars: zuurstof

 

Curiosity maakt selfie op Mars
Curiosity maakte deze selfie op 11 oktober 2019. De rover boorde twee keer op deze locatie die de bijnaam Glen Etive heeft gekregen. Links van de rover zijn de twee boorgaten zichtbaar. Deze worden Glen Etive 1 (rechts) en Glen Etive 2 (links) genoemd. Credit: NASA/JPL-Caltech/MSS.

Het Sample Analysis at Mars (SAM)-instrument aan boord van de Curiosity rover van de NASA geeft seizoensgebonden veranderingen gemeten in de gassen die zich in de lucht bevinden vlak boven het oppervlak van de Gale krater. Dit heeft verrassende resultaten opgeleverd: zuurstof gedraagt zich dermate vreemd dat planeetwetenschappers het niet kunnen verklaren aan de hand van bekende atmosferische of oppervlakteprocessen.

Over een periode van bijna 5 jaar (drie Marsjaren) heeft het SAM-instrument de lucht van de Gale krater in kunnen ademen en analyseren. De resultaten bevestigen de samenstelling van de martiaanse atmosfeer aan het oppervlak: 95 %(v/v) koolstofdioxide (CO2), 2,6 % (v/v) moleculair stikstof (N2), 1,9 %(v/v) argon (Ar), 0,16 %(v/v) moleculair zuurstof (O2) en 0,06 %(v/v) koolstofmonoxide (CO).

De metingen laten ook zien hoe de moleculen in de atmosfeer van Mars mengen en circuleren met de veranderingen van de luchtdruk gedurende het jaar.

Deze veranderingen worden veroorzaakt als in de winter koolstofdioxide bevriest aan de polen. Hierdoor daalt de luchtdruk over de gehele planeet en volgt er een herverdeling van lucht om de druk weer in evenwicht te krijgen. Als in de lente en de zomer koolstofdioxide weer verdampt en over Mars wordt verdeeld dan stijgt de luchtdruk weer.

Wetenschappers ontdekten dat stikstof en argon een voorspelbaar seizoensgebonden patroon volgen dat gerelateerd is aan de hoeveelheid koolstofdioxide in de lucht gedurende het jaar.

Ze verwachtten dat zuurstof hetzelfde patroon zou volgen maar dat was niet zo. In plaats daarvan nam de hoeveelheid zuurstof in de lucht tijdens de lente en de zomer toe met ongeveer 30% om in de herfst terug te vallen naar een niveau dat met de bekende chemie voorspelbaar is.

Dit patroon herhaalde zich iedere lente maar de hoeveelheid zuurstof die aan de atmosfeer werd toegevoegd varieerde. Dit impliceert dat er iets is dat zuurstof produceert en het daarna weer wegneemt.

Zuurstofveranderingen op Mars
Seizonsgebondenveranderingen in het gehalte zuurstof in de Gale Crater tussen 2012-2017. Image credit: Melissa Trainer / Dan Gallagher / NASA’s Goddard Space Flight Center.

Zodra de wetenschappers het vreemde gedrag van zuurstof ontdekte probeerden Mars-experts een verklaring te vinden voor het fenomeen Eerst werd de nauwkeurigheid van het SAM-instrument dat gebruikt werd om de gassen te meten, verschillende keren gecontroleerd. Deze quadropool massaspectrometer bleek perfect te functioneren.

Ze overwogen de mogelijkheid dat koolstofdioxide en watermoleculen zuurstof vrijmaken als ze in de atmosfeer worden afgebroken. Dit zou tot een kortdurende opleving kunnen zorgen. Maar het zou tot vijf keer meer water op Mars vergen om deze extra zuurstof te kunnen produceren en koolstofdioxide breekt ook veel te langzaam af om in een kort tijdsbestek zoveel zuurstof te produceren.

Hoe zit het met de zuurstofafname? Zou straling van de Zon zuurstofmoleculen hebben kunnen afbreken in twee stomen die de ruimte in werden geblazen? Volgens onderzoekers is dit niet mogelijk, het zou minstens tien jaar duren voordat zuurstof op deze manier is verdwenen.

Wetenschappers zijn er nog lang niet uit. Het feit dat het zuurstofgedrag is zich niet ieder seizoen op exact dezelfde manier herhaald duidt er volgens hun op dat het niks te maken heeft met de dynamica van de atmosfeer. Er moet volgens de onderzoekers van het Goddard Space Flight Center van de NASA een chemische bron en afvoer zijn die nog onbekend is.

Naast het zuurstofprobleem zitten de planeetwetenschappers ook nog met een methaanprobleem.

In de lucht in de Gale krater bevindt zich voortdurend een hele kleine concentratie methaan (gemiddeld 0.00000004%). De concentratie is zo laag dat andere gevoelige instrumenten op Mars dit niet of nauwelijks kunnen meten. Maar toch meet de Tunable Laser Spectrometer van de SAM dit wel.

Het instrument onthulde dat ook het methaangehalte varieert met de seizoenen. In de zomer is er ongeveer 60% meer methaan aanwezig. Ook hiervoor heeft men nog geen verklaring gevonden.

De onderzoekers vragen zich nu af of zuurstof en methaan door hetzelfde mechanisme worden beïnvloed. De twee gassen fluctueren immers gelijktijdig. Voor een groot gedeelte van het Marsjaar is er een opvallende correlatie tussen methaan en zuurstof en planeetwetenschappers hebben nog geen enkel idee hoe dit is te verklaren.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift “Journal of Geophysical Research: Planets”.

Artikel: Melissa G. Trainer et al. Seasonal variations in atmospheric composition as measured in Gale Crater, Mars. Journal of Geophysical Research: Planets, published online November 12, 2019;

 

Eerste publicatie: 19 november 2019
Bron: NASA, SciNews




%d bloggers liken dit: