Új elmélet a marsi metánrejtélyre

4291

Kis mennyiségű szivárgás segíthet megmagyarázni a marsi légkörben mért, egymásnak ellentmondó adatokat a metánról.

A kutatók 20 éve igyekeznek megállapítani, hogy a Mars légköre tartalmaz-e metánt. A molekula jelenléte olyan, a talajban végbemenő folyamatokra deríthet fényt, mint például a folyékony víz és a vasban gazdag ásványok közötti kémiai reakciók, vagy akár a mikrobiális tevékenység. A keringőegységek és a Curiosity marsjáró is ellentmondásos mérési adatokat szolgáltatott azzal kapcsolatban, hogy a légkörben van-e egyáltalán metángáz. Egy augusztus 20-án, a Geophysical Research Letters folyóiratban megjelent tanulmány új elméletet közöl, amely megválaszolhatja a kérdést, bár a vitának még koránt sincs vége.

A Curiosity marsjáró. (Forrás: NASA/JPL/Caltech/MSSS)

A metán utáni kutatás heves vita forrásává vált a kutatók között, mivel a különböző eszközökkel végzett mérések egymásnak ellentmondó eredményeket hoztak. A NASA Curiosity marsjárója egyrészt évszakos mintázatot figyelt meg, amely három marsi éven át ismétlődött: a metánszint 0,2–0,7 ppbv (egységnyi térfogatú gáz milliárdod része) volt, de hirtelen megugró metánértékeket is rögzített. Az egyik ilyen esetnél a metán koncentrációja elérte az 5,78 ppbv-t. Az Európai Űrügynökség (ESA) Mars Express szondája megerősítette ezeket a kiugrásokat.

Illusztráció a marsi metánszint ciklikus váltakozását felvető elméletről. A Curiosity méréseit pontokkal jelölték. Az ábrán azok a lehetőségek láthatók, ahogy a gáz feljuthat a Mars felszínére. A lehetséges metánforrások közé tartozik a mikrobák általi metanogenezis, a szerves anyagok ultraibolya sugárzás okozta bomlása, valamint a víz és a kőzet kémiai kölcsönhatása. A metánt később elpusztíthatják a légköri fotokémiai reakciók. Az ábra az északi félteke évszakaira vonatkozik. (Forrás: NASA / JPL-Caltech)

2019 áprilisában azonban a marsi atmoszféra vizsgálatára valaha küldött legérzékenyebb űreszközt, az ExoMars szondát kezelő kutatók arról számoltak be, hogy több hónap alatt sem találtak metán jelenlétére utaló jeleket. Az ESA és az orosz Roszkozmosz együttműködéseként megvalósuló ExoMars két független spektrométert hordoz: az európai NOMAD-ot és az orosz ACS műszert. Mindkettő képes rendkívül alacsony koncentrációban észlelni a felsőlégköri nyomgázokat (több, mint 5 kilométerrel a felszín felett), de egyik sem talált metánt. Az ExoMars csapat kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy ha van is metán a légkörben, akkor a koncentrációja alacsonyabb, mint 0,05 ppbv.

Művészi illusztráció az ExoMars szondáról, amint az úgynevezett szolárokkultáció módszerével elemzi a marsi atmoszférát. Az űrszonda műszerei napnyugtakor pásztázzák a felsőlégkört. (Forrás: ESA / ATG medialab)

Ha a metán a Curiosity és a Mars Express által mért arányban szivárog a marsi légkörbe, akkor idővel felhalmozódhat. A jelenlegi elméletek szerint a metánmolekulák körülbelül 300 éven át képesek megmaradni a légkörben, mielőtt a Nap sugárzása elpusztítaná őket. Ezért a kutatók nem tudnak magyarázatot arra, hogy az ExoMars miért nem látta még csak jelét sem a metánnak annak ellenére, hogy a három műszer a légkör különböző részeit figyeli.

A kutatók most egy olyan magyarázattal álltak elő, ami összehangolhatja az ellentmondó méréseket. A gázok marsi légkörbe történő diffúziójának napi és évszakos ciklusait modellezve arra jutottak, hogy egy gyenge, de állandó metánkibocsátás a Gale-kráterben, ahol a Curiosity éppen vizsgálódik, magyarázatot adhat a mérési eredményekre. A Curiosity műszereit úgy tervezték, hogy éjjel mérjék a metánszintet, amikor a légkör viszonylag nyugodt. A nyugodtabb légkör könnyebben megtartja azokat a molekulákat, amelyek kiszivárognak egy felszín alatti forrásból. Ez megmagyarázza, miért érzékelt a marsjáró metánt. Az ExoMars TGO műszere viszont naplemente körül mérte a metán mennyiségét, miután a napfény által felkevert légkörben a nap folyamán a metán koncentrációja érzékelhetetlenné hígult.

A metán több módon is kikerülhet a Mars légkörébe (és tűnhet el onnan). Bár a legizgalmasabb lehetőség, hogy mikrobáktól származik, az is lehetséges, hogy a víz és az olivin vagy piroxén ásvány reakciója termeli, esetleg a Nap ultraibolya sugárzása hozza létre, ami a bolygó felszínén lévő, meteoritoktól származó port lebontja. (Forrás: NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan)

John Moores (York University) és munkatársai kiszámolták, hogy ha a Gale-kráter forrásai kevesebb, mint 2,8 kilogramm metánt termelnek naponta, az igazolhatja a Curiosity éjszakai méréseit, de még kevés ahhoz, hogy bolygószinten az ExoMars által észlelhető 0,05 ppbv fölé emelje a metán koncentrációját. A kutatók becslése szerint kevesebb, mint 27 ezer négyzetkilométer nagyságú marsi felszín produkálhat ilyen alacsony metánkibocsátást.

„Ez nagyjából húszezerszer kisebb, mint a legkisebb földi metánszivárgások.” – mondja Moores.

Fontos megjegyezni azonban, hogy ez a kismértékű metántermelés nem zárja ki egyik lehetséges magyarázatot sem, tette hozzá Moores. „Ha szerves anyagok bármilyen okból történő lebomlását vesszük, mivel a Marson sokkal kevesebb van ezekből, mint a Földön, számíthatunk arra, hogy a keletkező metán mennyisége is sokkal kisebb lesz. Ha a víz–kőzet reakciókat nézzük, azok olyan lassan történnek, hogy nagyon kevés metánt eredményeznek.”

Marco Giuranna (National Institute of Astrophysics, Olaszország), a Mars Express projekt kutatója szerint ezek az eredmények egybecsengenek az ő kutatásaival. Úgy gondolja, hogy a Curiosity által megfigyelt metán, amit a Mars Express 2019-ben megerősített, a krátertől 500 kilométerre keletre lévő területről származik. Az általa felvetett magyarázat szerint egy jégréteg zárta el a felszín alatti metánt, ami kitörések formájában szabadul ki.

Moores számára a metánkérdés legfurcsább aspektusa nem az, hogy miért van ilyen sok, hanem inkább az, hogy miért van ilyen kevés belőle. Évente több száz tonna szerves anyag hullik a Marsra bolygóközi porrészecskék formájában. Ha ilyen részecskéket a Földön UV-sugárzásnak teszünk ki, nagy mennyiségű metánt generálnak: Moores szerint olyan sokat, hogy a Mars légkörében 10 ppbv koncentrációban kéne metánt találnunk. Tekintettel arra, hogy a modellek szerint a gázok gyorsan eloszlanak a légkörben, a kis metánmennyiség mindenképpen rejtélyes. Giuranna viszont azt állítja, hogy a légköri keveredés napi változásai megmagyarázhatják a dolgot.

A légköri keveredés elmélete csak a hosszútávú mérések esetében állja meg a helyét; a rövid életű, hirtelen megugró metánértékeket más magyarázhatja. Moores szerint lehet, hogy nem kapcsolódnak a folyamatos, felszín alatti eredetű szivárgáshoz.

Más kutatók úgy gondolják, hogy ez az elmélet egyáltalán nem válaszolja meg a metánkérdést. Jose Juan Lopez-Moreno (Andalusian Institute of Astrophysics, Spanyolország), a NOMAD műszer kutatócsoportjának tagja szerint „A metán nem rejtőzködik.” Lopez-Moreno egy másik magyarázatot javasol: „Nincs marsi metánrejtély, mert nincs is ott metán.”

Moores szerint megoldással csak a gyakoribb mérések fognak majd szolgálni, főként a leszállóegységek és a marsjárók mérései. „A munkánk 7 marsi év 12 adatpontján alapul.” – magyarázza. „Korábban úgy gondoltuk, hogy a metánkoncentráció az évszázadok során váltakozott. Aztán láttuk a TLS-el (a Curiosity műszerével), hogy évszakok szerint változik. Most úgy néz ki, hogy a metánkoncentráció akár egyetlen nap leforgása alatt is változhat.” Talán a marsjárók újabb generációjának első tagja, a Mars 2020 marsjáró eldöntheti majd a vitát.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás