Marsi kaduva metaani kummaline juhtum

Kunstniku kontseptsioon ESA Trace Gas Orbiterist, mis on osa ExoMarsi missioonist, analüüsib Marsi atmosfääri. Pilt ESA / ATG MediaLab kaudu.

Kümme päeva tagasi rääkisime 2013. aasta juunis metaani avastamisest Marsi atmosfääris nii maapealse Curiosity roveri kui ka Mars Expressi orbiidil. Teadlased olid sellest vaimustuses, kuna Maal tekitavad metaani elusorganismid, aga ka geoloogilised protsessid. Nii võib Marsi metaan hoida vihjeid võimalikule elule Marsil. Kuid nüüd küsib veel üks rühm hämmingus planeediteadlasi ... kuhu on läinud Marsi metaan? ESA Trace Gas Orbiter (TGO) - mis on osa ExoMarsi missioonist, mis käivitati 2016. aastal Marsil - esimesed tulemused ei näidanud Marsi atmosfääris gaasil praktiliselt mingeid märke. See on pehmelt öeldes üllatav.

TGO-l on teadlastele ka uusi avastusi Marsi atmosfääri tolmu ning vesijää ja veega seotud mineraalide pinnase ladestuste kohta.

Mõistatavaid metaanitulemusi tutvustati eelmisel nädalal Viinis toimunud Euroopa geoteaduste liidu aastakoosolekul ning esimene artikkel ilmus 10. aprillil 2019 eelretsenseeritavas ajakirjas Nature Today . Teises artiklis Nature Today arutatakse hiljutise ülemaailmse tolmutormi mõju Marsi atmosfääri veele. Kolmas trükis (vene keeles), mis saadeti Vene Teaduste Akadeemia Toimetistele, sisaldab kõige üksikasjalikumat kaarti, mis on kunagi toodetud vesijääst ja hüdraatunud mineraalidest planeedi madalas pinnas.

Siiani on TGO leidnud metaani ülempiiri Marsi atmosfääris 10–100 korda vähem kui eelmised tuvastused. Miks? Pilt ESA kaudu; kosmoselaev: ATG MediaLab; andmed: O. Korablev jt (2019).

Need paberid näitavad ülemist piiri 0, 05 ppbv (mahuosa miljardi kohta), mis on 10 kuni 100 korda vähem metaani kui kõik varasemad teatatud avastused. TGO spektromeetri abil Atmospheric Chemistry Suite (ACS) spektromeetri abil saadud kõige täpsem 0, 012 ppbv tuvastamine saavutati vähem kui kahe miili (kolm km) kõrgusel. Moskvas asuva Vene Teaduste Akadeemia kosmoseuuringute instituudi ACS-i peauurija Oleg Korablevi sõnul:

Meil on ilusaid, ülitäpseid vee jälgimissignaale metaani nägemise vahemikus, kuid siiski võime teatada vaid tagasihoidlikust ülempiirist, mis viitab metaani globaalsele puudumisele.

Maismaalt pärit teleskoobid olid varem leidnud mööduvaid mõõtmeid kuni 45 ppbv, Mars Mars leidis 2004. aastal aga piiriks 10 ppbv. Meie nädal tagasi saadud lugu teatas, et Mars Express kinnitas Curiosity ühte 2013. aasta suurimat tippu, ahendades vähemalt ühe metaaniploki asukohta Gale kraatrist ida poole.

Peamiste metaanimõõtmiste ajalugu Marsi peal aastatel 1999 kuni 2018. Pilt ESA kaudu.

Ülemine piir 0, 05 ppbv on umbes 500 tonni metaani, kuid see on tegelikult väga väike kogus, kui see levib kogu atmosfääris.

TGO leiud näivad olevat kõigi varasemate avastamistega üsna vastuolulised, mis tekitab raskeid küsimusi. Kuhu metaan läks? Kas tegemist on analüüsivigadega või - nagu teadlased on soovitanud - hävitatakse metaan aktiivselt kuidagi varsti pärast selle atmosfääri eraldumist? ”Nagu Korablev selgitas:

TGO-ülitäpsed mõõtmised tunduvad olevat varasemate tuvastustega vastuolus; Erinevate andmekogumite ühildamiseks ja kiireks üleminekuks varem teatatud ploomidelt näiliselt väga madalale taustatasemele peame leidma meetodi, mis hävitab tõhusalt metaani planeedi pinna lähedal.

Nagu märkis ka TGO projekti teadlane H kan Svedhem:

Nii nagu metaani olemasolu ja selle päritolu küsimus on põhjustanud nii palju arutelusid, on sama huvitav ka küsimus, kuhu see läheb ja kui kiiresti see võib kaduda.

Meil pole veel kõiki pusletükke või pole veel täielikku pilti näha, kuid just seetõttu oleme TGO-ga kohal, tehes atmosfääri üksikasjaliku analüüsi parimate instrumentidega, mis meil on, et paremini mõista, kui aktiivne see on planeet on - kas geoloogiliselt või bioloogiliselt.

Skeem, mis näitab metaani hooajalist tsüklit, mille avastas Curiosity rover Gale kraatris. Pilt NASA / JPL-Caltechi kaudu.

Metaan pakub Marsile uurijate teadlastele suurt huvi, kuna see võib pärineda kas geoloogiliselt või bioloogiliselt. Maa peal toodetakse vaieldamatult suurem osa gaasist - umbes 95 protsenti - elusorganismide poolt, kuid osa neist tekitatakse ka geoloogilise aktiivsuse kaudu. Me ei tea endiselt Marsi metaani päritolu, kuid Curiosity rover tegi ka kindlaks, et see on oma olemuselt hooajaline - suureneb suvel ja väheneb jälle talvel - see võib selgitada, miks seda TGO veel ei leidnud. Praegused tõendid osutavad ka metaanile, mis tõenäoliselt pärineb pinna alt. See sobiks kokku kas geoloogilise või bioloogilise stsenaariumiga või võib-olla isegi mõlemaga.

Metaan pole ainus asi, mida TGO on uurinud; orbiidil on ka uuritud, kuidas hiljutise ülemaailmse tolmutormi atmosfääri tolm mõjutas veeauru. Kaks spektromeetrit - NOMAD ja ACS - viisid atmosfääri esimesed kõrge eraldusvõimega päikesekultuurimõõtmised, et näha, kuidas päikesevalgus atmosfääri imendub, et näidata selle koostisosade keemilisi sõrmejälgi. Veeauru vertikaalset jaotust mõõdeti pinna lähedalt kuni 80 miili (80 km) kõrguseni. Belgia kuningliku kosmoseaeronoomia instituudi NOMADi uurija Ann Carine Vandaele sõnul:

Põhjapoolsetel [Marssi] laiuskraadidel nägime selliseid funktsioone nagu tolmupilved umbes 25–40 km [15–25 miili] kõrgusel, mida varem polnud, ja lõunapoolsetel laiuskraadidel nägime tolmukihi kolimist kõrgemale. Veeauru tugevnemine atmosfääris toimus tormi puhkemise ajal vaid mõne päeva jooksul märkimisväärselt kiiresti, mis näitab atmosfääri kiiret reageerimist tolmutormile.

Tulemused sobivad varasemate globaalsete ringlusmudelitega, ütles Vandaele:

Me näeme, et vesi… on jääpilvede olemasolu suhtes väga tundlik, takistades sellel jõuda atmosfääri kihtidesse kõrgemale. Tormi ajal jõudis vesi palju kõrgematesse kõrgustesse. Seda ennustasid mudelid pikka aega teoreetiliselt, kuid see on esimene kord, kui meil on seda võimalik täheldada.

TGO vaatlused selle kohta, kuidas hiljutise ülemaailmse tolmutormi tolm on mõjutanud Marsi atmosfääri veeauru. Pilt ESA kaudu; kosmoselaev: ATG MediaLab; andmed: AC Vandaele jt (2019).

TGO on kasutanud ka oma neutrondetektorit nimega FREND vesiniku jaotuse kaardistamiseks Marsi pinna ülemises meetris. See on osutanud vee olemasolule kas praegu või minevikus. TGO võib leida mineraale, mis moodustusid miljonid või miljardid aastad tagasi vees, samuti tuvastada pinna all olevaid jää praeguseid ladestusi. Nagu ütles FRENDi instrumendi uurija Igor Mitrofanov:

Vaid 131 päeva jooksul oli instrument juba koostanud kaardi, mis on kõrgema eraldusvõimega kui tema eelkäija NASA Mars Odyssey pardal olnud 16 aasta andmed - ja see kavatseb veelgi paremaks muutuda.

Andmeid täiendatakse pidevalt ja lõpuks on meil andmeid, millest saab võrdlusandmeid Marsi pinnaaluste veerikaste materjalide kaardistamiseks, mis on olulised Marsi üldise arengu mõistmiseks ja kus kogu praegune vesi on praegu. See on oluline Marsi teaduse jaoks ja väärtuslik ka Marsi edaspidiseks uurimiseks.

Metaani seni tuvastamata jätmine TGO poolt on teadlaste jaoks mõistlik. Kuidas see nii kiiresti kaob, kui mitu Marsi missiooni ja teleskoop on näidanud? Kui see on hooajaline, nagu varem määratud, kas TGO vaatas lihtsalt valel ajal? Sellele küsimusele aitavad vastata ainult täiendavad tähelepanekud. NASA reaktiivmootorite laboratooriumi vanemteadur Chris Webster ütles Space.com-ile, et ta on optimistlik, et TGO tuvastab ikkagi metaani:

Peame TGO-ga olema kannatlikumad, sest üks asi, mida oleme õppinud, on see, et metaanilugu on täis üllatusi ja kindlasti on veel oodata. See ei üllataks mind, kui TGO tuvastaks tulevikus metaani.

Kas soovite rohkem üksikasju? Looduse uues artiklis on hea ülevaade uutest metaani leidudest.

Madala pinnavee (hüdreeritud mineraalide / jää) leviku kaart Marsil. Pilt ESA kaudu; kosmoseaparaat: ATG / medialab; andmed: I. Mitrofanov jt (2018).

Alumine rida: Marsi metaani päritolu on endiselt mõistatus, kuid nüüd on selle näiline kaduv tegu teadlaste jaoks veel üks mõistatus.

Allikas: ExoMars Trace Gas Orbiteri varasemate vaatluste põhjal metaani Marsil ei tuvastatud

Allikas: ExoMars Trace Gas Orbiter täheldas Marsi tolmutormide mõju atmosfääri H2O ja D / H

Allikas: Marsi suure ruumilise eraldusvõimega neutronkaardistamine: ExoMars projekti FREND eksperimendi esimesed tulemused [vene keeles]

ESA kaudu