Pierwsze ślady metanu na Marsie dostrzegła sonda Mars Express w 2004 roku. W kolejnych latach gaz ten zarejestrował m.in. łazik Curiosity. Metan przyciąga uwagę, bo na Ziemi jest on wytwarzany przez żywe organizmy, co rozpala wyobraźnię poszukiwaczy pozaziemskiego życia, ale metan może być także generowany przez procesy geologiczne. Naukowcy dotychczas nie do końca wiedzieli, w wyniku jakich mechanizmów pojawia się on w atmosferze Marsa. Teraz twierdzą, że znaleźli wyjaśnienie tej zagadki, a odpowiedź leży w wahaniach ciśnienia atmosferycznego.
Astrobiolodzy z entuzjazmem śledzą doniesienia na temat metanu na Marsie. Na Ziemi większość metanu jest produkowana przez żywe organizmy i każde wykrycie tego gazu poza naszą planetą rozpala wyobraźnię poszukiwaczy pozaziemskiego życia. Ale metan może również pochodzić z reakcji chemicznych zachodzących między skałami i wodą.
Cząsteczki metanu ulegają szybkiemu rozpadowi w atmosferze, zatem każde wykrycie metanu oznacza, że musiał on zostać uwolniony stosunkowo niedawno - nawet jeśli sam został wyprodukowany miliony lub miliardy lat temu i do tej pory leżał zdeponowany pod powierzchnią.
Pierwsze ślady metanu w atmosferze Marsa zostały zarejestrowane przez sondę Mars Express tuż po rozpoczęciu przez nią badań w 2004 roku. Detekcja ta była przedmiotem sporów w środowisku naukowym. Dyskutowano głównie nad dokładnością odczytów. Wielu naukowców zakwestionowało badania, które opierały się na pojedynczym zbiorze danych. Atmosferę podgrzał łazik Curiosity, który w 2013 roku także wykrył metan na Marsie. Od tamtego czasu gaz ten był wielokrotnie rejestrowany na Czerwonej Planecie. Ale uczeni nie potrafią ustalić, co dokładnie jest jego źródłem.
Naukowcy wiedzą, że podczas marsjańskiej zimy koncentracja gazu spada, a latem rośnie. Wiedzą też, że pod powierzchnią Marsa znajduję się spore pokłady lodu. Jedna z koncepcji mających wyjaśniać wykrycie metanu na Marsie zakładała, że w lecie lód topnieje, uwalniając uwięzione pęcherzyki metanu, podobnie jak wieloletnia zmarzlina na Ziemi uwalnia metan do atmosfery podczas topnienia. Ale naukowcy z Los Alamos National Laboratory zaproponowali inny mechanizm pojawiania się metanu w rzadkiej atmosferze marsa. Według nich, okresowo wykrywane nawet dość duże stężenia metanu na Marsie prawdopodobnie są spowodowane zmianami ciśnienia atmosferycznego.
Wyniki i opis badań ukazał się na łamach pisma „Journal of Geophysical Research: Planets” (DOI: 10.1029/2023JE008043).
Krótkoterminowe wahania poziomu stężenia metanu w marsjańskiej atmosferze stanowią wyzwanie badawcze. Jego źródło prawdopodobnie jest pod ziemią. Znajdujące się obecnie na Czerwonej Planecie instrumenty naukowe nie pozwalają określić, w jaki sposób powstał marsjański metan. Niezależnie od tego, czy gaz ten wytworzyły organizmy żywe, czy powstał w procesach geologicznych, naukowców interesuje to, w wyniku jakich mechanizmów pojawia się ona na powierzchni Marsa. Wiedza ta może pozwolić zlokalizować jego pokłady, a to z kolei ułatwi badania na temat jego biologicznego bądź geologicznego pochodzenia.
Jak przekonują badacze z Los Alamos National Laboratory, metan może być uwalniany z podziemnych pokładów w wyniku spadku ciśnienia atmosferycznego. Innymi słowy, może być „wyciągany” spod powierzchni Czerwonej planety w wyniku zmian ciśnienia.
Tematem tym zajął się John Ortiz z Los Alamos National Laboratory. Wraz z zespołem opracował modele, które symulowały przepływ metanu przez sieć podpowierzchniowych pęknięć. Symulowały także sposób, w jaki gaz ten emitowany jest do atmosfery. Badacze modelowali również to, jak metan jest adsorbowany w porach skał, co jest procesem zależnym od temperatury i może przyczyniać się do wahań jego poziomu w atmosferze.
Symulacje sugerują, że zmiany ciśnienia powietrza i temperatury determinują moment ucieczki metanu. Na tej podstawie modele przewidują, że wyższe stężenia gazu powinny pojawiać się najczęściej tuż przed świtem podczas marsjańskiego lata. W ciągu dnia metan albo ucieka na większe wysokości, albo ulega zniszczeniu.
Pobieranie próbek atmosferycznych wymaga tak dużej mocy, że Curiosity nie jest w stanie uruchomić innych instrumentów w tym samym czasie. W związku z tym pomiary wykonuje sporadycznie, głównie w nocy. - Nasza praca sugeruje kilka kluczowych okien czasowych, w których Curiosity może zbierać dane. Być może w przyszłości przybliży to nas do zrozumienia, jakie jest źródło metanu na Marsie – powiedział Ortiz.
Źródło: Los Alamos National Laboratory, fot. NASA/JPL-Caltech/MSSS
