Marsmethan verblüfft Wissenschaftler: Die überraschende Entdeckung des Curiosity Rovers

Eine aktuelle Forschungsarbeit könnte helfen zu erklären, warum es ein mobiles Chemielabor gibt NASADie Raumsonde Curiosity erschnüffelte ständig Gasspuren nahe der Oberfläche des Gale-Kraters.

Die überraschendste Entdeckung des Curiosity Mars Rovers der NASA – dass Methan aus der Oberfläche des Gale-Kraters sickert – sorgt bei Wissenschaftlern für Kopfzerbrechen.

Lebende Organismen produzieren den größten Teil des Methans auf der Erde. Wissenschaftler haben jedoch keine überzeugenden Anzeichen für aktuelles oder antikes Leben gefunden MarsDaher hatte ich nicht damit gerechnet, dort Methan zu finden. Das mobile Chemielabor von Curiosity, bekannt als SAM (Sample Analysis at Mars), riecht jedoch ständig Gasspuren in der Nähe der Oberfläche des Gale-Kraters, dem einzigen Ort auf dem Mars, an dem bisher Methan nachgewiesen wurde. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die mögliche Quelle geologische Mechanismen sind, zu denen Wasser und Gesteine ​​tief im Erdinneren gehören.

Die mit Salzseen gefüllte Quisquiro-Sole 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: Maxim 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 normal. Überraschenderweise reichert sich Methan auch nicht in der Atmosphäre an: Europäische Weltraumorganisation (ESA). Europäische WeltraumorganisationDer ExoMars Trace Gas Orbiter, der speziell zur Untersuchung des Gases in der Atmosphäre zum Mars geschickt wurde, konnte kein Methan nachweisen.

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, ein Curiosity-Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, der die Curiosity-Mission leitet.

Methan beschäftigt Marswissenschaftler mit Laborarbeiten und Computermodellierungsprojekten, die darauf abzielen, zu erklären, 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 imaginären Mars-Regolith, einem „Boden“ aus zerkleinertem Gestein und Staub. Es ist eine von fünf Proben, denen Wissenschaftler unterschiedliche Konzentrationen eines auf dem Mars weit verbreiteten Salzes namens Perchlorat injiziert haben. Sie setzten jede Probe in einer Marssimulationskammer im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, marsähnlichen Bedingungen aus. Die spröden Massen in der obigen Probe zeigen, dass sich in dieser Probe aufgrund der zu geringen Salzkonzentration kein Salzverschluss gebildet hat. Bildnachweis: NASA/Alexander Pavlov

Berichterstattung in der März-Zeitung über Zeitschrift für geophysikalische Forschung: PlanetenDie Gruppe vermutete, dass Methan – unabhängig davon, wie es hergestellt wird – unter gehärtetem Salz eingeschlossen sein könnte, das sich im Mars-Regolith, einem „Boden“ aus zerkleinertem Gestein und Staub, bilden könnte. Wenn die Temperaturen während der wärmeren Jahreszeiten oder Tageszeiten ansteigen und die Abdichtung geschwächt wird, kann Methan austreten.

Unter der Leitung von Alexander Pavlov, einem Planetenwissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, weisen die Forscher darauf hin, dass das Gas auch in Strahlen explodieren könnte, wenn die Dichtungen unter dem Druck beispielsweise eines Rovers von der Größe eines kleinen SUV brechen darüber fahren. . Pavlov sagte, die Hypothese des Teams könnte erklären, warum Methan nur im Gale-Krater nachgewiesen wurde, da es sich um einen von zwei Orten auf dem Mars handelt, an denen der Roboter umherstreift und die Oberfläche bohrt. (Der andere ist der Jezero-Krater, in dem der Perseverance-Rover der NASA arbeitet, obwohl dieser Rover keinen Methandetektor hat.)

Dieses Bild zeigt eine weitere Probe des simulierten Mars-„Bodens“, nachdem er aus der Mars-Simulationskammer entfernt wurde. Die Oberfläche ist mit einer harten Salzkruste versiegelt. Alexander Pavlov und sein Team fanden heraus, dass sich die Versiegelung bildet, nachdem die Probe drei bis 13 Tage unter marsähnlichen Bedingungen verbracht hat, und zwar nur dann, wenn die Perchloratsalzkonzentration zwischen 5 und 10 Prozent liegt. Die Farbe ist in der Mitte heller, wo die Probe mit einem Metallpickel zerkratzt wurde. Die hellere Farbe weist auf das Vorhandensein von trockenerem Boden unter der obersten Schicht hin, der nach der 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 im Mars-Permafrost (gefrorener Boden) gezüchtet wurden, der mit Salz vermischt war, ähnlich wie beim Mars-Permafrost.

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 mikrobiellen Wachstums erwiesen sich als nicht schlüssig, sagte er, aber die Forscher bemerkten etwas Unerwartetes: Die oberste Bodenschicht bildete eine Salzkruste, als das salzige Eis aufstieg, sich von einem Feststoff in einen Gaszustand verwandelte und das Salz zurückließ.

Permanentes Eis auf Mars und Erde

„Wir haben im Moment nicht viel darüber nachgedacht“, sagte Pawlow, aber er erinnert sich an die Bodenkruste im Jahr 2019, als Das abstimmbare Laserspektrometer von SAM hat eine Methanexplosion entdeckt Niemand kann es erklären.

„Da kam mir die Idee“, sagte Pawlow. Zu diesem Zeitpunkt begannen er und sein Team, die Bedingungen zu testen, unter denen sich Hartsalzdichtungen bilden und brechen können.

Curiosity wollte die Frage beantworten: Hatte der Mars die richtigen Umweltbedingungen, um winzige Lebensformen, sogenannte Mikroben, zu unterstützen? Zu Beginn seiner Mission fanden die wissenschaftlichen Instrumente von Curiosity chemische und mineralogische Beweise für frühere bewohnbare Umgebungen auf dem Mars. Es wird weiterhin die Gesteinsgeschichte aus einer Zeit erforscht, als der Mars die Heimat von mikrobiellem Leben gewesen sein könnte. Bildnachweis: NASA

Pavlovs Team testete fünf Permafrostproben, gemischt mit unterschiedlichen Konzentrationen eines Salzes namens Perchlorat, das auf dem Mars weit verbreitet ist. (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.) Wissenschaftler setzten jede Probe in der Mars-Simulationskammer der NASA Goddard unterschiedlichen Temperaturen und Luftdrücken aus.

In regelmäßigen Abständen injizierte Pawlows Team Neon, ein Methanisotop, unter die Bodenprobe und maß den Druck des Gases darunter und darüber. Ein hoher Druck unter der Probe weist darauf hin, dass Gas eingeschlossen war. Letztendlich bildete sich die Versiegelung unter marsähnlichen Bedingungen in nur drei bis 13 Tagen in Proben, die eine Perchloratkonzentration von 5 bis 10 % enthielten.

Dies ist eine viel höhere Salzkonzentration als die, die Curiosity im Gale-Krater gemessen hat. Aber der dortige Regolith ist reich an einem anderen Salzmineral namens Sulfat, das Pavlovs Team als nächstes testen will, um zu sehen, ob sie auch Robben bilden können.

Der Rover Curiosity hat ein Gebiet erreicht, das sich vermutlich während der Austrocknung des Marsklimas gebildet hat.

Die Verbesserung unseres Verständnisses der Methanerzeugungs- und -zerstörungsprozesse auf dem Mars ist eine wichtige Empfehlung von Senior Review der NASA-Planetenmission 2022Theoretische Arbeiten wie die von Pawlow sind für diese Bemühungen von entscheidender Bedeutung. Wissenschaftler sagen jedoch, dass sie auch konsistentere Methanmessungen benötigen.

SAM riecht nur ein paar Mal im Jahr Methan, weil es seine Hauptaufgabe hat, Proben von der Oberfläche zu bohren und ihre chemische Zusammensetzung zu analysieren.

„Methanexperimente sind ressourcenintensiv, daher müssen wir bei der Entscheidung, sie durchzuführen, sehr strategisch vorgehen“, sagte SAM-Hauptforscher Charles Malespin von der Goddard University.

Wissenschaftler sagen jedoch, dass zum Testen, wie oft der Methanspiegel beispielsweise ansteigt, eine neue Generation von Oberflächeninstrumenten erforderlich ist, die kontinuierlich Methan an vielen Orten auf dem Mars messen.

„Ein Teil der Methanarbeit sollte zukünftigen Raumfahrzeugen überlassen werden, die sich stärker auf die Beantwortung dieser spezifischen Fragen konzentrieren“, sagte Vasavada.

Referenz: „Bildung und Stabilität salzhaltiger Bodendichtungen unter marsähnlichen Bedingungen.“ Auswirkungen von Methanfluktuationen auf dem Mars von Alexander A. Pavlov, James Johnson, Raul Garcia Sanchez, Ariel Segelnytsky, Chris Johnson, Jeffrey Davis, Scott Gosiewicz und Prabhakar Misra, 09. März 2024, Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten.
doi: 10.1029/2023JE007841

Neugier entsteht durch Labor für Strahlantriebe, das vom California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien, verwaltet wird. JPL leitet die Mission im Auftrag des Science Mission Directorate der NASA in Washington.