Een Marsorbiter en -rover maakten het mysterie in recente jaren – onbedoeld – nog groter dan het al was doordat de één wel en de ander geen methaan spotte. Maar onderzoekers denken die discrepantie nu in ieder geval deels te kunnen verklaren.

Toen onderzoekers voor het eerst onthulden dat ze het gas methaan op Mars hadden gedetecteerd, zorgde dit voor heel wat opschudding. Op aarde wordt methaan namelijk geproduceerd door microben. En dus vroegen wetenschappers zich af of er misschien leven op Mars te vinden is. Toch bleken opvallend genoeg niet alle instrumenten met elkaar op één lijn te liggen. En dus hebben onderzoekers zich in een nieuwe studie een knagende vraag proberen op te lossen: waarom detecteren sommige instrumenten het gas wel en andere niet?

Methaan op Mars
Sinds 2004 is er geregeld methaan op de Mars waargenomen. Maar marsrover Curiosity vond in 2012 opvallende hoeveelheden methaan in de Gale krater. En dat was vooral merkwaardig. Door toedoen van zonlicht heeft methaan een levensduur van enkele honderden jaren. Als dat methaan niet wordt aangevuld, zou je verwachten dat de concentratie langzaam afneemt en het methaan bovendien – dankzij door winden ingegeven atmosferische vermenging – vrij uniform over de atmosfeer verspreid is. Maar dat is niet wat we op Mars zien. Curiosity heeft namelijk verschillende pluimen gedetecteerd. En dat betekent dat het methaan recent in de de atmosfeer is vrijgegeven. Dat hoeft overigens niet te betekenen dat het ook vrij recent is geproduceerd. Het kan in principe miljoenen of miljarden jaren geleden al zijn gegenereerd en al die tijd in ondergrondse reservoirs of gesteenten gevangen hebben gezeten.

Geologische processen
Natuurlijk zou het heel spannend zijn als het gedetecteerde methaan wordt geproduceerd door heuse Mars-microben. Maar het methaan kan ook een geologische oorsprong hebben. De afgelopen jaren hebben al meerdere hypotheses de revue gepasseerd. Ook zijn er ondertussen wat mogelijkheden doorgestreept. Zo werd wind-erosie als belangrijke geologische producent van methaan uitgesloten. Wat wel tot de mogelijkheden behoort, zijn ondergrondste gesteenten. Thermogenese van organische stoffen meegekomen op meteorieten zou een alternatief kunnen zijn, al is er geen overtuigend bewijs gevonden voor een verband tussen de atmosferische methaan-schommelingen en de voorspelde inslagen van meteorieten. Dus tot op heden blijft deze hypothese onzeker. In ieder geval zou dergelijk abiotisch methaan kunnen worden gevangen in methaan-clathraten, zeolieten en ondergrondse reservoirs opgesloten in permafrost. Vervolgens zou het methaan door geologische processen vanuit de diepte naar boven worden getransporteerd en langs breuken en scheuren een uitweg vinden.

Curiosity mag dan wel geregeld methaan hebben gezien, andere instrumenten lijken het gas niet te kunnen detecteren. Zo mat ESO’s ExoMars Trace Gas Orbiter bijvoorbeeld hoger in de atmosfeer géén methaan. “Ik had verwacht dat ook de Trace Gas Orbiter kleine hoeveelheden methaan zou meten,” vertelt onderzoeker Chris Webster. “Maar toen het Europese team aankondigde dat het geen methaan zag, was ik absoluut geschokt.”

Curiosity
In de afgelopen jaren heeft Curiosity verschillende hoeveelheden methaan gedetecteerd. Zo zag Curiosity de methaan-concentratie in enkele tientallen dagen tijd oplopen van 0,7 ppb naar 7 ppb. Ook trof de rover al eens 21 ppbv aan (dat wil zeggen dat een gegeven volume lucht op Mars op dat moment voor 21 miljardste uit methaan bestond). Toch trokken wetenschappers hun bevindingen in twijfel. Sommige experts suggereerden namelijk dat de rover zelf het gas aan het vrijgeven was. “We hebben daarom gekeken naar correlaties tussen de rover en de grond, terwijl het over rotsen rijdt, de spin van het wiel – noem maar op,” zegt Webster. “Ik kan niet duidelijk genoeg maken hoeveel tijd het team heeft gestoken in het bestuderen van elk klein detail om er zeker van te zijn dat de metingen correct zijn.”

Verzoening
Planetaire wetenschapper John Moores kwam vervolgens met een intrigerende suggestie. Hij stelde de vraag: ‘wat als Curiosity en de Trace Gas Orbiter allebei gelijk hebben?’ Volgens hem zou de discrepantie tussen de methaanmetingen te wijten kunnen zijn aan het tijdstip waarop de metingen plaatsvinden. Curiosity mat de concentraties bijvoorbeeld ’s nachts, terwijl de Trace Gas Orbiter overdag de concentraties probeerde te meten. “De atmosfeer van Mars is ’s nachts kalm,” merkt Moores op. “Dus het methaan dat uit de grond sijpelt, hoopt zich op nabij het oppervlak waar Curiosity het kan detecteren.” Het betekent dat als het methaan ’s nachts ontsnapt, het zich tot aan de ochtendgloren nabij het oppervlak ophoopt. Na zonsopgang mengt het methaan zich mogelijk snel met andere gassen. Hierdoor wordt het verdund en weggevoerd. De metingen met de Mars Express vonden plaats na zonsopgang. Dit zou kunnen verklaren waarom het instrument niets heeft kunnen detecteren. Kortom, door verschillen tussen dag en nacht zou het goed kunnen dat methaan gedurende de dag oplost en zo niet meer te detecteren is voor de Trace Gas Orbiter.

Stapje dichterbij de oplossing
Het Curiosity-team besloot de voorspelling meteen in de praktijk te testen en ook gedurende de dag de methaan-concentratie te meten. “John voorspelde dat de methaan-concentratie overdag tot nul zou dalen,” zegt onderzoeker Paul Mahaffy. “En onze metingen bevestigden dat.” Het betekent dat onderzoekers nu in ieder geval een stapje dichterbij de oplossing voor het grote methaan-mysterie zijn en deels de discrepantie kunnen verklaren.

Methaanpuzzel
Hoewel de studie dus suggereert dat methaan-concentraties de hele dag door aan het oppervlak van de Gale Krater stijgen en dalen, is de alomvattende ‘methaan-puzzel’ nog lang niet opgelost. Methaan is namelijk een stabiel molecuul dat naar verwachting ongeveer 300 jaar meegaat voordat het door zonnestraling wordt afgebroken. Als er constant methaan uit allerlei kraters sijpelt, zou er ondertussen genoeg van moeten zijn opgehoopt in de atmosfeer. En dat zou betekenen dat de Trace Gas Orbiter het wél zou moeten kunnen detecteren; iets wat klaarblijkelijk niet het geval is.

Wetenschappers vermoeden daarom dat er ‘iets’ is wat het gas in minder dan 300 jaar afbreekt. Er zijn experimenten gaande om te testen of zeer lage elektrische ontladingen veroorzaakt door stof in de Martiaanse atmosfeer methaan kunnen afbreken. Ook onderzoeken wetenschappers of overvloedige zuurstof op het oppervlak van Mars methaan snel kan vernietigen voordat het de bovenste atmosfeer heeft bereikt. “We zijn dus nog op zoek naar verscheidende mechanismen om de datasets van de rover en de orbiter volledig met elkaar te verzoenen,” besluit Webster.

Meer weten…

…over het methaan-mysterie? Lees dan ook dit eerder verschenen achtergrondartikel waarin het verhaal van begin tot eind wordt uitgelegd.