Die Raumsonde Trace Gas Orbiter hat die globalen Grenzwerte für die Methankonzentration in der Marsatmosphäre aktualisiert, die 0,15 Milliardstel Volumen betrug. Dies ist hundertmal weniger als die Ergebnisse anderer Orbiter und zehnmal weniger als die Daten des Curiosity-Rovers, der die Methankonzentration im Gale-Krater direkt maß. Diese Meinungsverschiedenheit ist laut Wissenschaftlern nur auf Fehler bei früheren Messungen zurückzuführen. Der Artikel wurde in Nature veröffentlicht.
Derzeit können Wissenschaftler nicht direkt überprüfen, ob es Leben auf dem Mars gibt, also können sie nur Spuren seiner angeblichen Aktivität verfolgen. Eine solche Spur ist Methan (CH4), die einfachste organische Verbindung. Auf der Erde wird das meiste atmosphärische Methan von Archaeen produziert, die in Feuchtgebieten und im Darm komplexerer Lebewesen (wie Kühe und Menschen) leben. Grundsätzlich kann Methan auch ohne Beteiligung lebender Organismen produziert werden – beispielsweise durch geochemische Prozesse oder unter dem Einfluss kosmischer Strahlung. In der schlecht vor ultravioletter Strahlung geschützten Marsatmosphäre werden Methanmoleküle jedoch schnell zerstört, sodass ihre Lebensdauer mehrere hundert Jahre nicht überschreitet. Nach geologischen Maßstäben ist dies sehr klein. Wenn Methan auf dem Mars vorhanden ist, wird es daher ständig und höchstwahrscheinlich unter Beteiligung organischer Organismen produziert. Details zu den Gründen, warum Methan als Biomarker dienen kann, verrät das Material "Gibt es Kühe auf dem Mars".
Vor etwa zwanzig Jahren entdeckte die Raumsonde Mars-Express, die den Mars umkreist, geringe Mengen Methan in der Atmosphäre des Planeten. Die gemessene Gaskonzentration betrug etwa 10 ppb (mit einer Unsicherheit von 50 Prozent). Einige Jahre später registrierten auch bodengebundene Spektrometer einen Ausbruch der Methanproduktion mit einer Spitzenkonzentration von etwa 45 ± 10 Milliardstel Volumen. In Zukunft wiederholte sich der Anstieg jedoch nicht. Darüber hinaus findet der Curiosity-Rover seit 2012 regelmäßig Methan auf dem Mars, das die Atmosphäre und das Gestein des Planeten direkt analysiert. Anfangs erhielt der Rover auch eine Konzentration von etwa 2-9 Milliardstel Volumen, aber nach Anpassung der Daten und genaueren Messungen sank dieser Wert auf 0,65 Milliardstel Volumen. Dies hat Wissenschaftler dazu veranlasst, die Zuverlässigkeit der bisherigen Daten in Frage zu stellen. Glücklicherweise wurden kürzlich neue Daten von Mars Express veröffentlicht, die gleichzeitig mit dem Curiosity-Rover gesammelt wurden und die unabhängig voneinander einen Anstieg der Methankonzentration im Gale-Krater bestätigten. Es scheint, dass diese Beobachtung nicht nur bestätigt, dass Methan in der Atmosphäre vorhanden ist, sondern auch auf seine Quelle hindeutet.
Ergebnisse aller Messungen der Methankonzentration in der Atmosphäre des Mars
Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Oleg Korablev (IKI RAS) stellte jedoch alle diese Messungen in Frage. Die Forscher analysierten Daten des Trace Gas Orbiter (TGO), die zwischen April und August letzten Jahres gesammelt wurden. Um die Genauigkeit seiner Spurengasmessungen zu verbessern, verwendet TGO die Sonnenfinsternis-Methode, die das Absorptionsspektrum der Atmosphäre in der Abend- und Morgendämmerung misst. Dadurch ist es möglich, den Rauschpegel im erfassten Spektrum zu reduzieren und den Strahlengang um das Zehnfache (dh das Volumen der Atmosphäre, in der die Gaskonzentration gemessen wird) zu erhöhen. TGO-Messungen werden mit den Spektrometern ACS und NOMAD durchgeführt, die den Bereich im Bereich von 3,3 Mikrometer abdecken, in dem Methan Strahlung am stärksten absorbiert. Es ist erwähnenswert, dass das ACS-Spektrometer von Mitarbeitern des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften entwickelt und gebaut wurde, die von Spezialisten aus Frankreich, Deutschland und Italien unterstützt wurden (das Exomars-Programm, zu dem auch TGO gehört, ist ein gemeinsames Projekt der Europäischen Weltraumorganisation und Roskosmos).
Trotz der kurzen Beobachtungszeit konnte das Gerät die Methankonzentration an fast hundert Punkten über der Marsoberfläche messen. Die meisten Messungen beziehen sich auf die zirkumpolaren Regionen, einige Punkte decken aber auch die äquatorialen Breiten ab. Wie dem auch sei, an all diesen Punkten erhielt die TGO unter Berücksichtigung von Fehlern eine Konzentration von nicht mehr als 0,15 Milliardstel Volumen. Das ist hundertmal weniger als Mars-Express-Daten und zehnmal weniger als Curiosity-Daten.
TGO-Messkarte. Das Quadrat zeigt den Krater Gale an
Saisonale Schwankungen der Methankonzentration gemessen von Curiosity nach Korrektur (schwarze Punkte) und TGO-Daten (Pfeile)
Darüber hinaus können sie selbst unter der Annahme nicht erklärt werden, dass der Rover auf einen einzigen und sehr großen Methan-Emissionspunkt trifft. Tatsächlich zeigen numerische Berechnungen, dass Methan aufgrund der hohen Zirkulationsrate der Marsatmosphäre innerhalb von zwei bis drei Monaten über den ganzen Planeten transportiert wird. Folglich konnte die hypothetische Methanquelle am Gale-Krater nicht zu lange betrieben werden, ohne die globalen Grenzwerte für die Methankonzentration zu überschreiten. Schlimmer noch, die Form des Kraters ist der Speicherung von Methan nicht förderlich. Laut Wissenschaftlern lassen sich die Messungen von Curiosity und dem daraus resultierenden globalen Limit nur in Einklang bringen, wenn davon ausgegangen wird, dass die Methanquelle im Gale-Krater erst seit 24 Jahren in Betrieb ist und die einzige Methanquelle auf dem Mars ist. Nach Ansicht der Autoren des Artikels ist dies eine äußerst unrealistische Situation, sodass der Grund für die Meinungsverschiedenheit eher in Messfehlern zu suchen ist.
Gleichzeitig mit dem Artikel der Gruppe in Nature wurde ein weiterer Artikel veröffentlicht, der auf TGO-Messungen basiert. In diesem Artikel analysierte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Ann Vandaele, wie sich Staubstürme auf die Zusammensetzung der Marsatmosphäre auswirken. Dazu haben die Wissenschaftler die vertikale Verteilung von Staub, Wasser und „leichtem“Wasser (deren Moleküle ein Wasserstoffatom und ein Deuteriumatom enthalten) bis in eine Höhe von 80 Kilometern gemessen. Als Ergebnis fanden Wissenschaftler heraus, dass vor dem Staubsturm am 30. Mai 2018 "leicht schweres" Wasser aus Höhen von mehr als 40 Kilometern praktisch verschwunden war, was auf die Bildung von Wasser-Eis-Wolken hindeutete. Gleichzeitig nahm diese Konzentration während des Sturms wieder zu - daher erwärmten sich die neu gebildeten Wolken, schmolzen und kollabierten. Wissenschaftlern zufolge können diese Prozesse die Zirkulation von Stoffen in der Atmosphäre weiter beschleunigen.
Volumetrische Konzentrationen von H2O (a), HDO (b) und deren Verhältnis in Abhängigkeit von der Höhe. Linien in verschiedenen Farben beschreiben unterschiedliche Momente in Bezug auf den Sturm am 30. Mai
Neben Methan kann Bor auf die Existenz von Marsleben hinweisen (zumindest in der Vergangenheit). Einerseits sind unterirdische Bäche, die dieses Element enthalten, oft warm und haben einen neutralen pH-Wert, der für die Entstehung von Leben günstig ist. Auf der anderen Seite stabilisiert in Wasser gelöstes Bor die Ribose, einen Schlüsselbestandteil der RNA, aus der die einfachsten lebenden Organismen bestehen. Zum ersten Mal wurde das Vorkommen dieses Elements im Marsboden 2016 mit orbitalen multispektralen Fernerkundungsgeräten bestätigt, und ein Jahr später entdeckte der Curiosity-Rover es direkt im Marsboden.
