Først ser du det, så gør du det ikke:videnskabsmænd tættere på at forklare Mars metan-mysterium

Hvorfor registrerer nogle videnskabelige instrumenter gassen på den røde planet, mens andre ikke gør?

Rapporter om metanpåvisninger på Mars har fængslet både videnskabsmænd og ikke-videnskabsmænd. På jorden, en betydelig mængde metan produceres af mikrober, der hjælper de fleste husdyr med at fordøje planter. Denne fordøjelsesproces ender med, at husdyr udånder eller bøvser gassen op i luften.

Mens der ikke er kvæg, får, eller geder på Mars, at finde metan der er spændende, fordi det kan antyde, at mikrober var, eller er, bor på den røde planet. Metan kunne ikke have noget at gøre med mikrober eller nogen anden biologi, imidlertid; geologiske processer, der involverer vekselvirkning mellem bjergarter, vand, og varme kan også producere det.

Før man identificerer kilderne til metan på Mars, videnskabsmænd må afgøre et spørgsmål, der har naget dem:Hvorfor registrerer nogle instrumenter gassen, mens andre ikke gør? NASA's Curiosity rover, for eksempel, har gentagne gange opdaget metan lige over overfladen af ​​Gale Crater. Men ESA's (European Space Agency) ExoMars Trace Gas Orbiter har ikke fundet nogen metan højere i Mars atmosfære.

"Da Trace Gas Orbiter kom ombord i 2016, Jeg havde fuldt ud forventet, at orbiter-holdet ville rapportere, at der er en lille mængde metan overalt på Mars, " sagde Chris Webster, leder af Tunable Laser Spectrometer (TLS) instrumentet i Sample Analysis at Mars (SAM) kemilaboratorium ombord på Curiosity-roveren.

TLS har målt mindre end en halv del per milliard i volumen af ​​metan i gennemsnit i Gale Crater. Det svarer til omkring en knivspids salt fortyndet i en swimmingpool i olympisk størrelse. Disse målinger er blevet præget af forvirrende spidser på op til 20 dele pr. milliard i volumen.

"Men da det europæiske hold annoncerede, at det ikke så nogen metan, Jeg var bestemt chokeret, " sagde Webster, som er baseret på NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien.

Den europæiske orbiter er designet til at være guldstandarden til måling af metan og andre gasser over hele planeten. På samme tid, Curiositys TLS er så præcis, det vil blive brugt til tidlig varsling af branddetektion på den internationale rumstation og til sporing af iltniveauer i astronautdragter. Det er også blevet godkendt til brug på kraftværker, på olierørledninger, og i kampfly, hvor piloter kan overvåge ilt- og kuldioxidniveauerne i deres ansigtsmasker.

Stadig, Webster og SAM-holdet blev rystet af de europæiske orbiter-fund og gik straks i gang med at granske TLS-målingerne på Mars.

Nogle eksperter foreslog, at roveren selv udløste gassen. "Så vi så på sammenhænge med roverens pegning, jorden, knusning af sten, hjulnedbrydningen – you name it, " sagde Webster. "Jeg kan ikke overdrive den indsats, holdet har lagt i at se på hver eneste lille detalje for at sikre, at disse målinger er korrekte, og det er de."

Webster og hans team rapporterede deres resultater i dag i Astronomi og astrofysik tidsskrift.

Mens SAM-teamet arbejdede på at bekræfte dets metanpåvisninger, et andet medlem af Curiositys videnskabsteam, planetforsker John E. Moores fra York University i Toronto, offentliggjorde en spændende forudsigelse i 2019. "Jeg tog, hvad nogle af mine kolleger kalder, et meget canadisk syn på dette, i den forstand, at jeg stillede spørgsmålet:'Hvad nu hvis Curiosity og Trace Gas Orbiter begge har ret?'" sagde Moores.

Moores, såvel som andre Curiosity-teammedlemmer, der studerer vindmønstre i Gale Crater, hypotese, at uoverensstemmelsen mellem metanmålinger kommer ned til tidspunktet på dagen, de tages. Fordi den har brug for meget strøm, TLS fungerer for det meste om natten, når ingen andre Curiosity-instrumenter virker. Mars atmosfæren er rolig om natten, Moores bemærkede, så metanet, der siver fra jorden, opbygges nær overfladen, hvor Curiosity kan opdage det.

The Trace Gas Orbiter, på den anden side, kræver sollys for at lokalisere metan omkring 3 miles, eller 5 kilometer, over overfladen. "Enhver atmosfære nær en planets overflade gennemgår en cyklus i løbet af dagen, " sagde Moores. Varme fra Solen kværner atmosfæren, når varm luft stiger og kølig luft synker. den metan, der er indespærret nær overfladen om natten, blandes i den bredere atmosfære om dagen, hvilket fortynder det til uopdagelige niveauer. "Så jeg indså intet instrument, især en kredsende, ville se hvad som helst, " sagde Moores.

Med det samme, Curiosity-holdet besluttede at teste Moores' forudsigelse ved at indsamle de første højpræcisionsmålinger i dagtimerne. TLS målte metan fortløbende i løbet af en Mars-dag, bracketing en natmåling med to dagtimer. Med hvert eksperiment, SAM sugede Mars luft ind i to timer, kontinuerlig fjernelse af kuldioxid, som udgør 95 % af planetens atmosfære. Dette efterlod en koncentreret prøve af metan, som TLS nemt kunne måle ved at føre en infrarød laserstråle igennem den mange gange, en, der er indstillet til at bruge en præcis bølgelængde af lys, der absorberes af metan.

"John forudsagde, at metan effektivt skulle gå ned til nul i løbet af dagen, og vores to målinger i dagtimerne bekræftede, at " sagde Paul Mahaffy, hovedefterforskeren af ​​SAM, som er baseret på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. TLS' nattemåling passede pænt inden for det gennemsnit, holdet allerede havde fastsat. "Så det er en måde at lægge denne store uoverensstemmelse i seng, " sagde Mahaffy.

Mens denne undersøgelse tyder på, at metankoncentrationer stiger og falder i løbet af dagen ved overfladen af ​​Gale Crater, videnskabsmænd mangler endnu at løse det globale metan-puslespil på Mars. Metan er et stabilt molekyle, der forventes at holde på Mars i omkring 300 år, før det bliver revet fra hinanden af ​​solstråling. Hvis metan konstant siver fra alle lignende kratere, som videnskabsmænd har mistanke om er sandsynligvis givet, at Gale ikke ser ud til at være geologisk unik, nok af det burde have samlet sig i atmosfæren til, at Trace Gas Orbiter kunne opdage. Forskere formoder, at noget ødelægger metan på mindre end 300 år.

Eksperimenter er i gang for at teste, om meget lavt niveau elektriske udladninger induceret af støv i Mars atmosfære kan ødelægge metan, eller om rigelig ilt på Mars-overfladen hurtigt ødelægger metan, før det kan nå den øvre atmosfære.

"Vi er nødt til at afgøre, om der er en hurtigere ødelæggelsesmekanisme end normalt for fuldt ud at forene datasættene fra roveren og orbiteren, " sagde Webster.