Molekularer Sauerstoff auf dem Mars verhält sich im Laufe der Jahreszeiten ungewöhnlich. Ein Lebenszeichen?
Auf dem Mars spielt sich in letzter Zeit ein atmosphärisches Drama ab. Bisher war der Hauptakteur Methan und sein ungewöhnliches, spitzen Verhalten. Aber jetzt betritt Oxygen die Bühne und führt einige eigene Theaterstücke auf.
Der Rover Curiosity der NASA ist damit beschäftigt, den Mars zu untersuchen, um zu sehen, ob er in der Vergangenheit mikrobielles Leben unterstützt haben könnte. Sein Hauptaugenmerk liegt auf den Gesteinen, aus denen der Planet besteht, und all den Geheimnissen, die in diesen Gesteinen eingeschlossen sind. Aber manchmal kommt es nach Luft und führt regelmäßige atmosphärische Messungen mit SAM durch, dem Probenanalyse auf dem Mars Instrumenten-Suite.
SAM kann organische Stoffe und Gase in der Marsatmosphäre messen und analysieren und versuchen festzustellen, ob ein Gas einen biologischen oder einen geochemischen Ursprung hat. Seit drei Jahren auf dem Mars verwendet Curiosity SAM, um die Atmosphäre am Gale-Krater zu messen und Veränderungen zu verfolgen.
Dies ist die atmosphärische Zusammensetzung an der Marsoberfläche:
- Kohlendioxid: 95%
- molekularer Stickstoff: 2,6%
- Argon: 1,9%
- molekularer Sauerstoff: 0,16%
- Kohlenmonoxid: 0,06%
Aber die Zusammensetzung der Atmosphäre ändert sich im Laufe der Jahreszeiten. Während des Marswinters gefriert CO2 und senkt den atmosphärischen Druck. Im Sommer sublimiert das CO2 und erhöht den Luftdruck. Curiosity stellte fest, dass Stickstoff- und Argonzusammensetzungen im Gale-Krater mit den Jahreszeiten aufgrund des sich ändernden Luftdrucks wachsen und abnehmen, was sinnvoll ist.
Wissenschaftler nahmen an, dass die Sauerstoffkonzentration dasselbe tun würde, aber das ist nicht der Fall. Sein Verhalten in der Atmosphäre wiederholt sich nicht von Saison zu Saison, und sie sind sich nicht sicher, warum.
'Dies ist das erste Mal, dass wir dieses interessante Verhalten über mehrere Jahre hinweg sehen.'
Melissa Trainerin, Forschungsleiterin, Planetenwissenschaftlerin am Goddard Space Flight Center der NASA
Ein Artikel über diese Ergebnisse wurde am 12. November im Journal of . veröffentlicht Geophysikalische Forschung: Planeten . Der Titel lautet ' Saisonale Schwankungen der atmosphärischen Zusammensetzung, gemessen im Gale Crater, Mars. Die Forschungsleiterin ist Melissa Trainer, eine Planetenwissenschaftlerin am Goddard Space Flight Center der NASA.
Saisonale Sauerstoffvariation in der Marsatmosphäre am Gale-Krater. Bildquelle: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard
In einem Pressemitteilung , Trainer sagte: „Wir haben Mühe, dies zu erklären. Die Tatsache, dass das Sauerstoffverhalten nicht zu jeder Jahreszeit perfekt wiederholbar ist, lässt uns vermuten, dass es sich nicht um ein Problem mit atmosphärischer Dynamik handelt. Es muss eine chemische Quelle und Senke sein, die wir noch nicht erklären können.“
„Als wir das zum ersten Mal sahen, war es einfach umwerfend“, sagte Sushil Atreya, Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften an der University of Michigan in Ann Arbor. Atreya ist Co-Autor eines Artikels.
Wie die Autoren in ihrem Papier klarstellen: „Die SAM-Messungen von O2 im Gale-Krater zeigen nicht die jährliche Stabilität oder jahreszeitlichen Muster, die aufgrund der bekannten Quellen und Senken in der Atmosphäre vorhergesagt würden.“ Was verursacht sie also?
Vor allem wissen sie es nicht. Aber es lohnt sich, auf die Genauigkeit der Messungen hinzuweisen. Die Autoren sagen: „Die vom SAM-Instrument im Gale-Krater erhaltenen atmosphärischen Zusammensetzungsdaten bieten eine beispiellose saisonale und mehrjährige Abdeckung der Marsatmosphäre an der Oberfläche.“ Die Messungen erstreckten sich über drei Marsjahre, ausreichend Zeit, um saisonale Veränderungen aufgrund der Schiefe des Mars und seiner ausgeprägten Orbitale Exzentrizität . Die Messungen erstreckten sich auch über einen viel längeren Zeitraum als die Messungen der Viking-Lander, die einzigen anderen atmosphärischen Messungen an der Oberfläche, die wir haben. Diese hielten nur wenige Tage.
Die Instrumentensuite SAM (Sample Analysis at Mars). Bildnachweis: Von NASA/GSFC/SAM – http://www.nasa.gov/topics/moonmars/features/sam-configure.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php ?curid=11762416
„Wir konnten noch kein Verfahren entwickeln, das die Menge an Sauerstoff produziert, die wir brauchen, aber wir glauben, dass es etwas im Oberflächenboden sein muss, das sich saisonal ändert, weil nicht genug Sauerstoffatome in der Atmosphäre vorhanden sind, um dies zu tun das Verhalten erzeugen, das wir sehen“, sagte Timothy McConnochie, Assistant Research Scientist an der University of Maryland in College Park und ein weiterer Co-Autor des Artikels.
Der Mars hat an seiner Oberfläche reichlich Oxidationsmittel, und das gibt ihm das Potenzial, signifikant O2 zu produzieren. Aber wie die Autoren in ihrem Papier sagen: „… die Mechanismen, durch die O2 schnell erzeugt und dann schnell zerstört werden könnte, sind völlig unbekannt.“
Völlig unbekannt. Wie total. Aber es gibt zumindest einen Hoffnungsschimmer, dass an diesen nicht erklärbaren Schwankungen eine biologische Quelle beteiligt sein könnte.
Dieses Sauerstoffproblem ist parallel zum Methanproblem (CH4), auf das Wissenschaftler stoßen, die den Mars untersuchen.
Methan existiert in der Marsatmosphäre, allerdings nur in äußerst geringen Konzentrationen. Im Gale-Krater ist es kaum messbar, obwohl MSL Curiosity es im Durchschnitt in einer Konzentration von 0,00000004 % nachgewiesen hat. Das durchstimmbare Laserspektrometer von SAM kann dies erkennen und hat einen erwarteten saisonalen Anstieg und Abfall gespürt. Was jedoch bisher ungeklärt ist, ist der 60-prozentige Anstieg von Methan in den Sommermonaten.
Das Methanproblem war ausführlich berichtet , also müssen Sie die Details hier nicht wiederholen. Es genügt zu erwähnen, dass Methan aus verschiedenen Regionen auf dem Mars freigesetzt zu werden scheint. Da Methan höchstens etwa vier Jahre in der Atmosphäre verbleibt, wird es immer wieder irgendwo produziert.
Sowohl Sauerstoff als auch Methan können biologische Quellen haben. Beide können aber auch abiotische Quellen haben. Diese überraschenden Ergebnisse helfen nicht, die Frage nach dem Leben auf dem Mars zu beantworten. MSL Curiosity kann nicht sagen, ob Sauerstoff und Methan biologische Quellen haben: Es hat nicht die Instrumente. Im Moment halten die meisten Wissenschaftler nicht-biologische Quellen für wahrscheinlicher.
Die Methanmessungen und die O2-Messungen zeigen uns, dass der Mars eine komplexe Welt ist, deren atmosphärische Dynamik die Wissenschaftler gerade erst zu verstehen beginnen. Ob das Leben eine Rolle bei der Gestaltung der Marsatmosphäre spielt, ist eine offene und faszinierende Frage.
Dieses Bild zeigt mögliche Wege, wie Methan in die Marsatmosphäre gelangen und auch aus ihr entfernt werden könnte: Mikroben (links) unter der Oberfläche, die das Gas in die Atmosphäre abgeben, Verwitterung von Gestein (rechts) und gespeichertes Methaneis, Clathrat genannt. Ultraviolettes Licht kann auf Oberflächenmaterialien wirken, um Methan zu produzieren, sowie es in andere Moleküle (Formaldehyd und Methanol) zerlegen, um Kohlendioxid zu erzeugen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. von Michigan
Wie die Autoren in ihrer Zusammenfassung sagen: „Geophysikalische und geochemische Ergebnisse haben ein Bild eines ehemals bewohnbaren Planeten in der Vergangenheit des Mars vor Milliarden von Jahren gezeichnet, und Messungen aktueller Prozesse liefern Hinweise darauf, dass der Mars möglicherweise noch immer bewohnbare Umgebungen beherbergen könnte.“
In der Pressemitteilung stellte Forschungsleiterin Melissa Trainer eine Art freundliche, wissenschaftliche Herausforderung:
„Dies ist das erste Mal, dass wir dieses interessante Verhalten über mehrere Jahre hinweg sehen. Wir verstehen es nicht ganz“, sagte Trainer. „Für mich ist dies ein offener Aufruf an alle schlauen Leute da draußen, die sich dafür interessieren: Sehen Sie, was Sie sich einfallen lassen.“