Der Curiosity Rover der NASA hat Methan im Gale-Krater auf dem Mars entdeckt, ein überraschender Fund, da es auf dem Planeten keine Anzeichen von Leben gibt. Wissenschaftler erforschen geologische Quellen und saisonale Muster für diese Emissionen, wobei der Methangehalt ungewöhnliche Schwankungen aufweist und im Laufe des Tages verschwindet. (Konzept des Künstlers.) Bildnachweis: SciTechDaily.com
Ein kürzlich veröffentlichter Artikel könnte helfen zu erklären, warum ein tragbares Chemielabor benötigt wird NASADer Rover Curiosity hat kontinuierlich Spuren des Gases in der Nähe der Oberfläche des Gale-Kraters aufgespürt.
Die überraschendste Entdeckung des Curiosity Mars Rover der NASA – dass Methan aus der Oberfläche des Gale-Kraters sickert – sorgt bei Wissenschaftlern für Kopfschütteln.
Lebewesen produzieren den größten Teil des Methans auf der Erde. Aber Wissenschaftler haben keine überzeugenden Anzeichen für aktuelles oder antikes Leben gefunden Mars, und rechnete daher nicht damit, dort Methan zu finden. Doch das tragbare Chemielabor an Bord von Curiosity, bekannt als SAM (Sample Analysis at Mars), hat kontinuierlich Spuren des Gases in der Nähe der Oberfläche des Gale-Kraters aufgespürt, dem einzigen Ort auf der Marsoberfläche, an dem bisher Methan nachgewiesen wurde. Wissenschaftler gehen davon aus, dass seine wahrscheinliche Quelle geologische Mechanismen sind, an denen Wasser und Gestein tief im Untergrund beteiligt sind.
Die mit Salzseen gefüllte Quisquiro-Salzwüste in der südamerikanischen Altiplano-Region stellt die Art von Landschaft dar, von der Wissenschaftler glauben, dass sie im Gale-Krater auf dem Mars existiert hat, den der Curiosity Rover der NASA erforscht. Bildnachweis: Maksym Bocharov
Wenn das die ganze Geschichte wäre, wäre die Sache einfach. SAM hat jedoch herausgefunden, dass sich Methan im Gale-Krater auf unerwartete Weise verhält. Es erscheint nachts und verschwindet tagsüber. Es schwankt saisonal und erreicht manchmal Werte, die 40-mal höher sind als gewöhnlich. Überraschenderweise reichert sich das Methan auch nicht in der Atmosphäre an: ESAs (die Europäische Weltraumorganisation) Der ExoMars Trace Gas Orbiter, der speziell zur Untersuchung des Gases in der Atmosphäre zum Mars geschickt wurde, hat kein Methan entdeckt.
Warum erkennen einige wissenschaftliche Instrumente Methan auf dem Roten Planeten, andere jedoch nicht?
„Es ist eine Geschichte mit vielen Wendungen in der Handlung“, sagte Ashwin Vasavada, Projektwissenschaftler von Curiosity am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das die Mission von Curiosity leitet.
Methan beschäftigt Marswissenschaftler mit Laborarbeiten und Computermodellierungsprojekten, die erklären sollen, warum sich das Gas seltsam verhält und nur im Gale-Krater nachgewiesen wird. Eine NASA-Forschungsgruppe hat kürzlich einen interessanten Vorschlag gemacht.
Dies ist eine Probe eines künstlichen Mars-Regoliths, einem „Boden“ aus gebrochenem Gestein und Staub. Es ist eine von fünf Proben, die Wissenschaftler mit unterschiedlichen Konzentrationen eines auf dem Mars weit verbreiteten Salzes namens Perchlorat versetzt haben. Sie setzten jede Probe in der Marssimulationskammer im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, marsähnlichen Bedingungen aus. Die spröden Klumpen in der obigen Probe zeigen, dass sich in dieser Probe keine Salzdichtung gebildet hat, da die Salzkonzentration zu niedrig war. Bildnachweis: NASA/Alexander Pavlov
Berichterstattung in einer Märzzeitung in der Zeitschrift für geophysikalische Forschung: PlanetenDie Gruppe schlug vor, dass Methan – unabhängig davon, wie es hergestellt wird – unter verfestigtem Salz eingeschlossen werden könnte, das sich im Mars-Regolith bilden könnte, einem „Boden“ aus gebrochenem Gestein und Staub. Wenn die Temperatur während der wärmeren Jahreszeiten oder Tageszeiten ansteigt und die Abdichtung geschwächt wird, könnte das Methan austreten.
Unter der Leitung von Alexander Pavlov, einem Planetenforscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, vermuten die Forscher, dass das Gas auch in Stößen ausbrechen kann, wenn Dichtungen unter dem Druck platzen, beispielsweise wenn ein Rover von der Größe eines kleinen SUV darüber fährt . Die Hypothese des Teams könnte helfen zu erklären, warum Methan nur im Gale-Krater nachgewiesen wird, sagte Pavlov, da es sich um einen von zwei Orten auf dem Mars handelt, an denen ein Roboter umherstreift und die Oberfläche bohrt. (Der andere ist der Jezero-Krater, in dem der Perseverance-Rover der NASA arbeitet, obwohl dieser Rover kein Instrument zur Methanerkennung hat.)
Dieses Bild zeigt eine weitere Probe einer künstlichen Mars-„Erde“, nachdem sie aus der Mars-Simulationskammer entfernt wurde. Die Oberfläche ist mit einer festen Salzkruste versiegelt. Alexander Pavlov und sein Team fanden heraus, dass sich ein Siegel bildete, nachdem eine Probe drei bis 13 Tage unter marsähnlichen Bedingungen verbracht hatte, und zwar nur dann, wenn sie eine Perchloratsalzkonzentration von 5 bis 10 % aufwies. In der Mitte, wo die Probe mit einem Metallpickel zerkratzt wurde, ist die Farbe heller. Die helle Farbe weist auf einen trockeneren Boden unter der obersten Schicht hin, der nach Entnahme der Probe aus der Simulationskammer Feuchtigkeit aus der Luft aufnahm und sich braun verfärbte. Bildnachweis: NASA/Alexander Pavlov
Pavlov führt den Ursprung dieser Hypothese auf ein unabhängiges Experiment zurück, das er 2017 leitete und bei dem Mikroorganismen in einem simulierten Mars-Permafrost (gefrorener Boden) gezüchtet wurden, der mit Salz angereichert war, wie es bei einem Großteil des Mars-Permafrosts der Fall ist.
Pavlov und seine Kollegen testeten, ob als Halophile bekannte Bakterien, die in Salzwasserseen und anderen salzreichen Umgebungen auf der Erde leben, unter ähnlichen Bedingungen auf dem Mars gedeihen könnten.
Die Ergebnisse des Mikrobenwachstums erwiesen sich als nicht schlüssig, sagte er, aber die Forscher bemerkten etwas Unerwartetes: Die oberste Bodenschicht bildete eine Salzkruste, als salziges Eis sublimierte, sich von einem Feststoff in einen Gaszustand verwandelte und das Salz zurückließ.
Permafrost auf Mars und Erde
„Wir haben im Moment nicht viel darüber nachgedacht“, sagte Pawlow, aber er erinnerte sich an die Bodenkruste im Jahr 2019, als das abstimmbare Laserspektrometer von SAM einen Methanausbruch entdeckte, den sich niemand erklären konnte.
„Da hat es bei mir Klick gemacht“, sagte Pawlow. Und dann begannen er und ein Team, die Bedingungen zu testen, unter denen sich verhärtete Salzdichtungen bilden und brechen konnten.
Curiosity wollte die Frage beantworten: Hatte der Mars jemals die richtigen Umweltbedingungen, um kleine Lebensformen, sogenannte Mikroben, zu unterstützen? Zu Beginn seiner Mission fanden die wissenschaftlichen Instrumente von Curiosity chemische und mineralische Beweise für frühere bewohnbare Umgebungen auf dem Mars. Es wird weiterhin die Gesteinsgeschichte aus einer Zeit erforscht, als auf dem Mars möglicherweise mikrobielles Leben beheimatet war. Bildnachweis: NASA
Pavlovs Team testete fünf Permafrostproben, die mit unterschiedlichen Konzentrationen eines auf dem Mars weit verbreiteten Salzes namens Perchlorat versetzt waren. (Im Gale-Krater gibt es heute wahrscheinlich keinen Permafrost, aber die Versiegelungen könnten sich schon vor langer Zeit gebildet haben, als Gale kälter und eisiger war.) Die Wissenschaftler setzten jede Probe in einer Mars-Simulationskammer bei NASA Goddard unterschiedlichen Temperaturen und Luftdrücken aus.
In regelmäßigen Abständen injizierte Pawlows Team Neon, ein Methan-Analogon, unter die Bodenprobe und maß den Gasdruck darunter und darüber. Ein höherer Druck unter der Probe deutete darauf hin, dass das Gas eingeschlossen war. Letztendlich bildete sich unter marsähnlichen Bedingungen innerhalb von drei bis 13 Tagen nur in Proben mit 5 bis 10 % Perchloratkonzentration eine Versiegelung.
Das ist eine viel höhere Salzkonzentration als Curiosity im Gale-Krater gemessen hat. Doch der dortige Regolith ist reich an einer anderen Art von Salzmineralien, den sogenannten Sulfaten, die Pawlows Team als nächstes testen will, um zu sehen, ob sie auch Robben bilden können.
Der Rover Curiosity ist in einer Region angekommen, von der angenommen wird, dass sie sich während der Austrocknung des Marsklimas gebildet hat.
Die Verbesserung unseres Verständnisses der Methanerzeugungs- und -zerstörungsprozesse auf dem Mars ist eine wichtige Empfehlung des NASA Planetary Mission Senior Review 2022, und theoretische Arbeiten wie die von Pavlov sind für diese Bemühungen von entscheidender Bedeutung. Wissenschaftler sagen jedoch, dass sie auch konsistentere Methanmessungen benötigen.
SAM schnüffelt nur mehrmals im Jahr nach Methan, da es ansonsten mit seiner Hauptaufgabe beschäftigt ist, Proben von der Oberfläche zu bohren und deren chemische Zusammensetzung zu analysieren.
„Methanexperimente sind ressourcenintensiv, daher müssen wir sehr strategisch vorgehen, wenn wir sie durchführen“, sagte Charles Malespin von Goddard, Hauptforscher bei SAM.
Doch um beispielsweise zu testen, wie oft der Methanspiegel ansteigt, wäre eine neue Generation von Oberflächeninstrumenten erforderlich, die Methan kontinuierlich an vielen Orten auf dem Mars messen, sagen Wissenschaftler.
„Ein Teil der Methanarbeit muss zukünftigen Raumfahrzeugen überlassen werden, die sich stärker auf die Beantwortung dieser spezifischen Fragen konzentrieren“, sagte Vasavada.
Referenz: „Bildung und Stabilität salziger Bodenversiegelungen unter marsähnlichen Bedingungen.“ Implikationen für die Methanvariabilität auf dem Mars“ von Alexander A. Pavlov, James Johnson, Raul Garcia-Sanchez, Ariel Siguelnitzky, Chris Johnson, Jeffrey Davis, Scott Guzewich und Prabhakar Misra, 09. März 2024, Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten.
DOI: 10.1029/2023JE007841
Curiosity wurde von gebaut JPL, das von Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet wird. JPL leitet die Mission im Auftrag des Science Mission Directorate der NASA in Washington.