Marsi metán: új cáfolat
(Rovat: ExoMars, Mars Express és Beagle-2 , Curiosity - 2019.04.25 07:15.)

Az ExoMars TGO mérései cáfolták a metán jelenlétét, illetve mennyiségére nagyon alacsony felső határt adtak meg. Talán pont kerül a két évtizedes vita végére? Vagy nem.

Csaknem két évtizede tart a vita a marsi metán létezéséről vagy nemlétezéséről. Az űreszközökkel végzett mérések alapján felbukkanó érveket és ellenérveket portálunk időről időre közreadta (lásd a lenti linkgyűjteményből elérhető cikkeinket), újabban pedig az ESA a bemutatott információs ábrán foglalta össze az eseményeket. A vita még nem zárult le, a tudományos közösség megosztott a kérdésben.

A grafika összefoglalja a marsi metán megfigyelésének történetét. A metán jelenléte mellett szóló érveket szolgáltattak egyes földi távcsövek, az ESA Mars körül keringő Mars Express szondája és a NASA Curiosity marsjárója a Gale-kráterben. Ugyanezen eszközökkel végzett más mérések viszont nem mutattak ki metánt. Az ESA és a Roszkoszmosz ExoMars TGO szondája cáfolta a metán jelenlétét, illetve a mérések alapján a metán mennyiségére nagyon alacsony felső határt adtak meg. A feliratokban szereplő mértékegység (ppbv) a milliárdod rész térfogat (parts per billion by volume), azaz köbméterenként egy köbmilliméter. (Kép: ESA)

Legújabban egy nemzetközi kutatócsoport az ESA Mars Express szondájának bolygókutató Fourier-spektrométerével (PFS, Planetary Fourier Spectrometer) arról számolt be, hogy megerősítették annak a metáncsúcsnak a megjelenését, amelyet a Gale-kráterben a Curiosity 2013. június 16-án észlelt. (A Curiosity 5,78 ppbv (térfogat szerinti milliárdod rész) koncentrációt mért, a PFS 15,5 ppbv-t. A Föld légkörében átlagosan 1800 ppb a metán koncentrációja, de az ipari forradalom előtt csak fele ennyi volt.) A Gale-kráterben kimutatott koncentráció azt jelenti, hogy a vizsgált, mintegy 48 000 négyzetkilométeres területen 39–54 tonna metán lehet a Mars légkörében.

Ugyanakkor más megfigyelésekből más kutatók ellentétes következtetéseket vontak le. A cáfolatot az ESA és a Roszkoszmosz Mars körül keringő ExoMars TGO (Trace Gas Orbiter) szondájának tavaly április óta végzett mérései adták. A TGO-n két spektrométer működik, az európai NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) és az orosz ACS (Atmospheric Chemistry Suite). Előbbi 50 billiomod rész (parts per trillion) pontossággal méri a gázok koncentrációját, vagyis 100-szor érzékenyebb a PFS-nél. Ennek ellenére mindeddig sem az NOMAD, sem a TGO más műszerei sem találtak a metán jelenlétére utaló legcsekélyebb jelet sem. Mindez nem jelenti azt, hogy a korábbi mérések hibásak voltak, valószínűbb magyarázat az, hogy a metán időszakosan kerül a légkörbe, ahol a szél hatására gyorsan szétoszlik. Becslések szerint a TGO-nak ennek ellenére ki kellett volna tudni mutatnia a metán nyomait. Az eredménytelenség magyarázataként azt tételezik fel, hogy a Mars légkörében működik valamilyen más mechanizmus is, amely elbontja a metánt, így az mégsem marad a korábbi becslések szerinti több száz évig a légkörben.

A TGO elsősorban metánra vonatkozó méréseit összefoglaló ábra. A rajz bal oldalán látszik, hogy a NOMAD és az ACS műszerek olyankor végzik a méréseket, amikor a Nap érintőlegesen „keresztülvilágít” a légkörön, ezért a mérések a 3–25 km közötti magasságtartományra vonatkoznak. A jobb oldali térképen a TGO két műszerével végzett mérések helye, illetve a Curiosity helye látható. A középső grafikon a mért metánkoncentrációkat, illetve azok felső határát mutatja. (Kép: ESA; űrszonda: ATG medialab; adatok: O. Korablev et al. 2019)

Mindenesetre a TGO mérései alapján kijelenthető, hogy a marsi légkörben a metán koncentrációja mindenképp 0,05 ppbv alatt marad, ami viszont azt jelenti, hogy a bolygó egész légkörében összesen 500 tonnánál kevesebb metán lehet. Oleg Korabljev, az ACS műszer vezető kutatója szerint a mostani eredményeket nehéz összeegyeztetni a korábbiakkal, de hangsúlyozta, hogy ők (az Európai Geofizikai Egyesület bécsi kongresszusán és a Nature-ben megjelent cikkükben) csak a mérések eredményeiről számoltak be, az eredmények értelmezését az elméleti szakemberekre hagyják.

A Marson több különböző folyamat eredményezheti metán felszabadulását. (A Földön biológiai és geológiai folyamatok egyaránt termelnek metánt.) A Mars esetében a legizgalmasabb változat szerint a talajban feltételezett mikrobák termelhetik a gázt, amely a klatrátoknak nevezett, rácsos szerkezetű jégképződményekben gyűlhet össze (ezekben a jégkristályok formálta apró ketrecek ejtik csapdába a metánmolekulákat), ahonnan később egyszerre a légkörbe juthat. Metán szervetlen úton is fejlődhet, olivinben gazdag kőzetek és víz kölcsönhatásának eredményeképpen, különösen melegebb, vulkanikus környezetben. A gáz a kéreg repedésein vagy vulkánkitöréseken keresztül kerülhet a légkörbe. A felszínt érő ibolyántúli sugárzás roncsolhatja a metánmolekulákat, de más szerves anyagokból létre is hozhat metánt. A kis kiterjedésű forrásokból a légkörbe kerülő metán a szél hatására gyorsan szétoszlik, ezért nehéz a források azonosítása. A szakemberek várakozása szerint a metánmolekulák átlagos élettartama a Mars légkörében mintegy 400 év, vagyis a molekula kimutatása azt jelentené, hogy a gáznak a (geológiai) közelmúltban kellett keletkeznie. (Kép: NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan)

A Mars Express korábbi mérései alapján a metánt kimutató Marco Giuranna (Nemzeti Asztrofizikai Intézet, Olaszország) szerint nem a metán nemlétezése a meglepő, hanem a létezése. Ugyanakkor szerinte az általuk 2013-ban észlelt metáncsúcs egyenletes szétoszlása esetén 0,1 ppbv koncentrációnak meg kellett volna maradnia, vagyis a TGO-nak észlelnie kellett volna. A negatív eredmény viszont azt sugallja, hogy valamilyen mechanizmus hatékonyan eltünteti a metánt a légkörből. Az is valószínűtlen azonban, hogy a Curiosity éppen a Marson létező egyetlen metánforrás környékén dolgozna. Ha viszont több hasonló forrás is létezik, akkor a légkörbe kerülő metánnak még nagyobb mennyiségűnek kellene lennie.

Az ExoMars TGO szonda két fedélzeti spektrométere, az ACS és a NOMAD a Nap okkultációjakor a Mars légkörén áthaladó napfényt elemzi, és annak spektrumában a csekély mennyiségben jelen lévő légköri összetevők okozta abszorpció nyomait keresi. (Fantáziarajz: ESA / ATG medialab)

A mérések összehasonlítását nehezíti, hogy a Curiosity 1 méterrel a felszín fölött végzi a méréseket, a TGO viszont nehezen tud a felszíntől számított 4 kilométeres magasság alá menni az észleléseivel, mérései jellemzően a 3–25 km közötti magasságtartományra vonatkoznak. Chris Webster, a Curiosity hangolható lézerspektrométerének (Tunable Laser Spectrometer) vezető kutatója azt is elképzelhetőnek tartja, hogy éjszakánként valamilyen légköri mechanizmus a felszín közelében csapdába ejti a metánt, és az csak nappal tud a magasabb rétegek felé diffundálni. A kutatók között egy dologban viszont a legteljesebb az egyetértés: további mérésekre van szükség, és a marsi metán történetének még koránt sincs vége.