Mars-Methan-Geheimnis? Abhängig von der Tageszeit

Raumsonde, die den orangefarbenen Mars mit einem Strahl umkreist, der mit kleinen Punkten gefüllt ist, die von der fernen Sonne kommen.

Künstlerisches Konzept des Trace Gas Orbiter der ESA, Teil desExoMarsMission. Dieses Instrument analysiert die Marsatmosphäre und hat immer noch kein Methan in der Marsatmosphäre gefunden. Und das trotz der Tatsache, dass der Curiosity-Rover der NASA mehrmals Methan in der Marsluft nachgewiesen hat. Nun glauben Wissenschaftler zu wissen, warum. Bild überDIES.


Das Mysterium des Mars-Methans ist verwirrend

Seit Jahren versuchen Wissenschaftler herauszufinden, was das Methan des Mars erzeugt. Das irdische Leben produziert Methan. Teleskope, Orbiter und dieNeugierRover haben Methan auf dem Mars entdeckt. Die Beweise scheinen schlüssig. Das Methan scheint da zu sein, wenn auch in geringeren Mengen als auf der Erde. Aber es gibt nervige Ungereimtheiten. Einige Instrumente erkennen das Gas, während andere, die es erkennen sollten, dies nicht tun. Wieso den? Jetzt bringt eine neue Studie, die am 29. Juni 2021 veröffentlicht wurde, Wissenschaftler der Lösung des Mars-Methan-Mysteriums einen Schritt näher

Es waren Wissenschaftler der Rover-Mission Curiosity, die eine Lösung für das Rätsel vorschlugen. Die neue Forschung konzentriert sich auf die Diskrepanzen zwischen Curiositys Nachweis von Methan inSturmkrater, und der Mangel an Methan, der von denSpurengas-Orbiter, Teil der ExoMars-Mission der ESA. Curiosity hat wiederholte Beobachtungen von periodischen Spitzen im Methan gemacht. Der Spurengas-Orbiter muss Methan noch definitiv nachweisen.


Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass esdie Zeit des Tagesdas macht den Unterschied. Curiosity und der Trace Gas Orbiter suchen zu unterschiedlichen Tageszeiten auf dem Mars nach Methan.

Das TagebuchAstronomie & Astrophysik veröffentlichtdaspeer-reviewedErgebnisse am 29.06.

Methan auf dem Mars: Ja oder nein?

Die ExoMars-Mission besteht in Wirklichkeit aus zwei Missionen. Der erste ist der 2016 gestartete Trace Gas Orbiter. Der zweite besteht aus einem Rover und einer Oberflächenplattform, der 2022 starten soll. Gemeinsam werden sie der Frage nachgehen, ob es jemals Leben auf dem Mars gegeben hat. Und da das irdische Leben Methan produziert, ist die Methanfrage mit der Frage des Marslebens verbunden. Im Jahr 2016, als die ExoMars-Mission begann, dachten Wissenschaftler, sie würde Mars-Methan nachweisen. Seine Instrumente sind extrem empfindlich sogar auf Spuren des Gases.

Aber der Spurengas-Orbiter hat kein Mars-Methan entdeckt. Und dieses Ergebnis verblüffte Wissenschaftler. Es war einfach so im Gegensatz zu dem, was Curiosity und einige Mars-Orbiter und -Teleskope gefunden hatten.




Chris Websterist die Führung desAbstimmbares LaserspektrometerInstrument auf dem Mars Curiosity Rover. Er ist Hauptautor des neuen Artikels über Tag-Nacht-Unterschiede bei Methannachweisen auf dem Mars. Er kommentierte:

Als der Trace Gas Orbiter 2016 an Bord kam, hatte ich voll erwartet, dass das Orbiter-Team berichten würde, dass es überall auf dem Mars eine kleine Menge Methan gibt.

Und er sagte, als Europas Trace Gas Orbiter nichts fand, überhaupt kein Methan:

… ich war definitiv schockiert.


Roboter-Rover mit Rädern auf bräunlichem felsigem Gelände mit Hügeln im Hintergrund.

Der Curiosity-Rover hat dieses Selfie am 12. Mai 2019 aufgenommen. Der Rover ist seit 2012 im Gale-Krater unterwegs. Bild via NASA/ JPL-Caltech/ MSSS.

Diagramm mit sinusähnlichen geschwungenen Linien und beschrifteten farbigen Punkten, überlagert von der Marslandschaft.

Der Curiosity-Rover der NASA hat Methan bereits mehrfach nachgewiesen. Sie fand Hinweise auf einen jahreszeitlichen Zyklus des Gases, und jetzt scheint es auch einen täglichen Zyklus zu geben. Bild überNASA/ JPL-Caltech.

Zwei Instrumente, widersprüchliche Ergebnisse

Websters Instrument an Bord von Curiosity (dem durchstimmbaren Laserspektrometer) war eines, das bei der Analyse des am Gale-Krater gefundenen Methans half. Es stellte sich heraus, dass in diesem Krater im Durchschnitt weniger als 1/2 Teil pro Milliarde Hintergrundmethanvolumen vorhanden sind. Manchmal hat das Instrument jedoch Methanausbrüche von bis zu 20 Teilen pro Milliarde erkannt (was von Bedeutung ist, auch wenn es nicht so klingt).

Instrumente an Bord des Spurengas-Orbiters und der Curiosity sollten in der Lage sein, äußerst geringe Mengen an Methan zu erkennen. Also was zum Teufel? Warum eine solche Diskrepanz in ihren Ergebnissen?


Da Curiosity Methan gefunden hat, könnte der Rover es selbst freigesetzt haben? Das Missionsteam untersuchte alle Möglichkeiten, wie der Rover das Gas hätte produzieren können, fand aber nichts. Webster sagte:

Wir haben uns also Korrelationen mit der Ausrichtung des Rovers, dem Boden, dem Zerkleinern von Steinen, der Raddegradation usw. angesehen. Ich kann nicht genug betonen, wie viel Mühe das Team auf sich genommen hat, jedes kleine Detail zu untersuchen, um sicherzustellen, dass diese Messungen korrekt sind, und das sind sie auch.

Zwei Grafiken mit vielen gezackten farbigen Linien und Beschriftungen.

Der Trace Gas Orbiter hat wie erwartet Gase wie Kohlendioxid und Ozon gefunden, aber kein Methan (CH4). Es scheint nun, dass das Gas tagsüber in der oberen Atmosphäre viel zu verdünnt ist, um bei den Messungen des Spurengas-Orbiters nachweisbar zu sein. Bild über Olsen et al./DIES.

Mit den scheinbar bestätigten Ergebnissen von Curiosity hat ein anderer Wissenschaftler –John E. Mooresan der York University in Toronto – begann, sich mit dem Problem zu befassen. Er erklärte:

Ich vertrat die Ansicht, die einige meiner Kollegen als sehr kanadisch bezeichnen, in dem Sinne, dass ich die Frage stellte: „Was wäre, wenn Curiosity und der Trace Gas Orbiter beide recht haben?“

Ein Unterschied von Tag und Nacht

Zu diesem Zeitpunkt schlug Moores vor, dass die Antwort möglicherweise mit der Tageszeit zu tun hat. Konkret wird das Tunable Laser Spectrometer on Curiosity – das Instrument, das das Methan nachgewiesen hatte – hauptsächlich nachts verwendet. Es wird verwendet, wenn keine anderen Instrumente an Bord von Curiosity verwendet werden. Das liegt vor allem an dem großen Kraftbedarf. Wie Moores argumentierte, wäre es für Curiosity einfacher, das Methan nachts in der Nähe der Oberfläche zu erkennen, wenn die Luft ruhiger ist.

Der Trace Gas Orbiter hingegen funktioniert anders. Dieses Instrument in der Marsumlaufbahn ist auf Sonnenlicht angewiesen, um Methan 5 km über der Marsoberfläche zu erkennen. Während Curiosity also nachts nach Methan sucht, sucht der Trace Gas Orbiter danach, wenn er sich über der Tagesseite des Mars befindet.

Und wir alle wissen, dass wärmere Luft aufsteigt und kühlere Luft sinkt. Tagsüber wird die dünne Atmosphäre auf dem Mars von der Wärme der Sonne aufgewühlt. Jedes Methan, das nachts in der Nähe der Oberfläche vorhanden ist – von Curiosity nachweisbar – wird während des Marstages höher in die Atmosphäre gelangen. Dabei wird es durch die größere Atmosphäre so stark verdünnt, dass der Trace Gas Orbiter es nicht mehr erkennen kann. Wie Moores erklärte:

Jede Atmosphäre in der Nähe der Oberfläche eines Planeten durchläuft während des Tages einen Zyklus. Also wurde mir klar, dass kein Instrument, insbesondere ein umlaufendes, etwas sehen würde.

Lächelnder Mann mit Schnurrbart in einer Anzugjacke vor Stufen.

Chris Websteram Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, ist Hauptautor des neuen Artikels über Tag-Nacht-Unterschiede im Marsmethan. Bild überJPL.

Lächelnder Mann in hellviolettem Hemd und schwarzer Weste, der sich auf ein Metallinstrument stützt.

John E. Mooresan der York University in Toronto stellte zunächst die Frage: „Was wäre, wenn Curiosity und der Trace Gas Orbiter beide recht haben?“

Mars-Methan-Mysterium gelöst?

Könnte die Antwort so einfach sein wie Tag und Nacht? Zur Kontrolle sammelte das Curiosity-Team tagsüber genaue Messungen der Atmosphäre. Eine Nachtmessung wurde von zwei Tagesmessungen eingeklammert. Seine Instrumente sogen jedes Mal zwei Stunden lang die Luft an und entfernten das vorhandene Kohlendioxid. Da Kohlendioxid den größten Teil (95%) der Marsatmosphäre ausmacht, erleichterte die geringe verbleibende Luftmenge den Nachweis des Methans.

John Moores hatte vorhergesagt, dass die Methanmenge am Gale-Krater – wo Curiosity liegt – tagsüber fast auf Null sinken sollte. Und tatsächlich tat es lautPaul Mahaffy, der die Instrumentengruppe für den Curiosity-Rover leitet. Er sagte:

John sagte voraus, dass Methan im Laufe des Tages effektiv auf Null sinken sollte, und unsere beiden Tagesmessungen bestätigten dies. Das ist also eine Möglichkeit, diese große Diskrepanz ins Bett zu bringen.

Zerstört etwas das Methan?

Diese jüngsten Beobachtungen könnten erklären, warum Curiosity nachts Methan entdeckte, aber nicht tagsüber vom Trace Gas Orbiter. Sie könnten … wenn es nicht noch ein weiteres Geheimnis gäbe, das einer Erklärung bedarf. Das heißt, Wissenschaftler schätzen, dass die Methanmoleküle etwa300 Jahrein der Marsatmosphäre, bevor sie durch die Sonneneinstrahlung zerstört wird.

Wenn das wahr ist, dann sollte das Methan, das aus dem Gale-Krater und anderen Kratern sickert, vom Spurengas-Orbiter eindeutig nachweisbar sein. Aber das Methan scheintverschwinden. Und das heißt, es muss seinetwas andereses zu zerstören.

Aber was?

Mars-Methan-Geheimnis: chemische Aktivität unter der Erde auf dem Mars, mit Pfeilen und Beschriftungen.

Es gibt verschiedene mögliche Methoden, mit denen Wissenschaftler glauben, dass Methan auf dem Mars erzeugt und zerstört werden kann. Bild überDIES.

Wissenschaftler wissen es nicht. Sie theoretisieren, dass es sich um geringe elektrische Entladungen handeln könnte, die durch Staub verursacht werden (der Mars hat eineviel Staub). Oder es könnte genug Sauerstoff in der Nähe der Marsoberfläche vorhanden sein, um das Methan auszulöschen, bevor es die obere Atmosphäre erreicht, wo der Spurengasorbiter es entdecken könnte. Webster sagte:

Wir müssen feststellen, ob es einen schnelleren Zerstörungsmechanismus als normal gibt, um die Datensätze von Rover und Orbiter vollständig in Einklang zu bringen.

Und so geht die Suche nach Antworten weiter.

Methan kommt aus dem Untergrund

By the wqy, eine weitere Studie im Jahr 2019auch abgeschlossendass die Methanmenge in der Marsatmosphäre täglich variiert, nicht nur saisonal. Windscheuern von Felsen wareliminiertals mögliche Quelle im Jahr 2019. Wissenschaftler glauben jetzt, dass das Methan aus dem Untergrund stammt, wissen aber immer noch nicht, ob die Quelle biologisch, geologisch oder beides ist. Es könnte uraltes Methan sein, das in unterirdischem Eis eingeschlossen ist, das regelmäßig an die Oberfläche freigesetzt wird, oder es könnte derzeit auf andere Weise produziert werden.

Beide Erklärungen könnten Biologie beinhaltenoderGeologie. Das Methan-Mysterium des Mars steht immer noch!

Große Roverräder vor einem roten Wüstenhintergrund.

Die Mars Hand Lens Imager-Kamera am Arm des Curiosity-Rovers der NASA hat dieses Bild am 19. März 2017 aufgenommen. Beachten Sie die Abnutzung der Räder des Rovers. Es erforscht seit August 2012 den Gale-Krater. Image viaNASA/JPL-Caltech/MSSS.

Fazit: Wissenschaftler glauben zu verstehen, warum der Curiosity-Rover der NASA Methan auf der Marsoberfläche erkennen kann, der Trace Gas Orbiter der ESA jedoch nicht aus der Mars-Umlaufbahn. Der Unterschied könnte auf die Tageszeit zurückzuführen sein, zu der jeder nach Methan sucht.

Quelle: Tag-Nacht-Unterschiede im Mars-Methan deuten auf eine nächtliche Eindämmung des Gale-Kraters hin

Via Jet Propulsion Laboratory