De Europese sonde ging op jacht naar methaan, ethaan, ethyleen en fosfine, maar keerde met lege handen terug.

De ExoMars Trace Gas Orbiter (kortweg TGO) arriveerde in oktober 2016 bij Mars. Het doel? Jagen op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit. Onlangs heeft de orbiter wederom de Martiaanse atmosfeer afgespeurd naar enkele belangrijke gassen, namelijk methaan, ethaan, ethyleen en fosfine. Maar helaas leverde de zoekactie niets op.

Methaanmysterie
Een belangrijke biomarker waar de orbiter naar zocht, was methaan. Methaan is zo fascinerend omdat op aarde een groot deel wordt gegenereerd door levende wezens. Het ‘methaanmysterie’ op Mars is echter al vele jaren aan de gang. Metingen van verschillende instrumenten kwamen met tegenstrijdige resultaten op de proppen, wat heeft geleid tot onverwachte detecties en niet-detecties. Zo trof marsrover Curiosity opvallende pluimen methaan aan in de Gale krater, terwijl de Trace Gas Orbiter niets zag.

Illustratie van methaanmetingen op Mars. Afbeelding: ESA

De methaan-concentratie werd tijdens eerdere studies geschat tussen de 0,2 en 30 ppbv (dat wil zeggen dat een gegeven volume lucht op Mars maximaal 30 miljardste uit methaan bestond). Ter vergelijking, de concentratie methaan in de atmosfeer van de aarde is bijna 2000 ppbv. De eerste resultaten van de Trace Gas Orbiter, gerapporteerd in april 2019, toonden echter geen methaan aan. Wel berekenden de onderzoekers dat, indien aanwezig, de concentratie minder dan 0,05 ppbv moet zijn; anders had de orbiter het wel opgepikt.

Nieuwe schattingen
Nu scherpen onderzoekers in een nieuwe studie deze schattingen aan. “We hebben de orbiter gebruikt om de bovengrens voor methaan op Mars verder te verfijnen,” zegt onderzoeker Franck Montmessin. “Dit keer door gegevens te verzamelen van meer dan 1,4 Marsjaren – 2,7 aardse jaren. We hebben vooralsnog geen spoor van het gas gevonden, wat suggereert dat de hoeveelheid methaan waarschijnlijk lager is dan eerdere schattingen suggereren.” De onderzoekers stellen dat als er al methaan aanwezig is, de concentratie sowieso lager moet zijn dan 0,05 ppv en waarschijnlijk zelfs minder dan 0,02 ppv is.

Gale-krater
De wetenschappers zochten ook naar tekenen van methaan een paar kilometer boven de thuisbasis van Curiosity, in de Gale-krater. Ze vonden niets, ondanks dat de rover aan het oppervlak meerdere keren methaan heeft aangetroffen. Het zou aan het afstandsverschil kunnen liggen, zo vermoeden de onderzoekers. Zo detecteerde Curiosity de pluimen methaan aan de grond, terwijl de orbiter het gas in de lucht probeert te meten. “Daarnaast hebben we ook gezocht naar gelokaliseerde pluimen op meer dan 2000 locaties op de planeet,” vertelt onderzoeksleider Elise Wright Knutsen. “We hebben niets gedetecteerd. Dus als methaan op deze manier vrijkomt, moet het heel sporadisch zijn.”

Andere biomarkers
Naast methaan, zochten de onderzoekers ook naar twee andere potentiële biomarker-gassen; ethaan en ethyleen. Deze moleculen ontstaan nadat methaan is afgebroken door zonlicht. Daarom zijn ze zowel op zichzelf, als in de context van de jacht op methaan, opwindend. Ethaan- en ethyleenmoleculen hebben bovendien een korte levensduur, wat betekent dat als ze in een planetaire atmosfeer worden gevonden, ze recentelijk moeten zijn vrijgegeven of via een continu proces zijn ontstaan. Dit maakt ze uitstekende tracers van mogelijke biologische of geologische activiteit. Maar ook deze zoekactie leverde niets op. “We hebben niets gedetecteerd, waardoor we de bovengrenzen voor ethaan en ethyleen hebben vastgesteld op respectievelijk 0,1 en 0,7 ppbv,” aldus aldus Wright Knutsen. “Dit is laag, maar hoger dan onze limieten voor methaan.”

Fosfine
Als laatst ging de orbiter op zoek naar tekenen van fosfine; een gas dat vorig jaar de boel goed opschudde toen het naar verluidt werd gedetecteerd op Venus. Het meeste fosfine op aarde wordt biologisch geproduceerd, waardoor het een opwindende biomarker is in de atmosferen van terrestrische planeten. “We hebben geen tekenen van fosfine gevonden op Mars,” constateert onderzoeker Kevin Olsen. “Onze bovengrenzen zijn vergelijkbaar voor die van ethaan en ethyleen – tussen 0,1 en 0,6 ppbv.”

Zoeken naar sporen van leven in de Martiaanse atmosfeer. Afbeelding: ESA

Geen sporen van leven
Het betekent dat de orbiter vooralsnog geen sporen van leven in de Martiaanse atmosfeer heeft ontdekt. Maar ook een niet-detectie levert belangrijke inzichten op, zo betogen de onderzoekers. “Of biomarkers worden gedetecteerd of niet; deze bevindingen zijn belangrijk voor ons begrip over welke processen er wel of niet plaatsvinden in de atmosfeer van Mars,” verklaart onderzoeker Håkan Svedhem. “Het verschaft ons essentiële informatie waardoor we beter weten waar we ons onderzoek in het vervolg op moeten richten.”

Toch blijven er veel vragen onopgelost. Waarom detecteert Curiosity bijvoorbeeld wel methaan in Gale-krater, terwijl de Trace Gas Orbiter het niet in de atmosfeer vindt? Zou dit methaan ergens anders vandaan kunnen komen, of komt het alleen voor op bepaalde locaties op Mars? Of zou een onverwacht proces het aanwezige methaan kunnen vernietigen voordat onderzoekers het kunnen detecteren? Mogelijk gaat de aanstaande ExoMars-rover Rosalind Franklin duidelijkheid scheppen. Deze rover wordt naar verwachting in 2022 gelanceerd en zal de jacht van de Trace Gas Orbiter naar biomarkers aanvullen door in het oppervlak van Mars te graven. Het is namelijk waarschijnlijker dat mogelijke biomarkers zich in de grond ophouden, omdat het daar afgeschermd wordt van gevaarlijke straling. Toch zal het nog wel even spannend blijven of wetenschappers erin slagen de diepste geheimen van onze nog altijd raadselachtige buur te achterhalen.

Wist je dat…

…onderzoekers onlangs nog het veelomvattende methaanmysterie op Mars wel ietsje kleiner hebben gemaakt? De discrepantie tussen methaanmetingen van de Trace Gas Orbiter en Curiosity zouden volgens hen te wijten kunnen zijn aan het tijdstip waarop de metingen plaatsvinden. Lees hier verder!