Przejdź do treści

Sonda TGO nie wykrywa metanu w atmosferze Marsa - podsumowanie pierwszych wyników misji

img

Zaskakujący brak metanu i potwierdzony duży wpływ burzy pyłowej na dystrybucję wody w atmosferze Marsa - tak można podsumować wyniki pierwszych miesięcy obserwacji sondy Trace Gas Orbiter - wysłanej w ramach wspólnej misji ExoMars Europejskiej Agencji Kosmicznej i Roskosmosu.

Sonda Trace Gas Orbiter (TGO) dotarła do Marsa w październiku 2016 roku, przez ponad rok korzystała z atmosfery planety, aby obniżyć i ukołowić swoją orbitę. Właściwe dane naukowe, na orbicie o wysokości 400 km i okresie obiegu wynoszącym 2 godziny. Właściwe pomiary naukowe statek rozpoczął w kwietniu 2018 roku.

Sonda trafiła na bardzo ciekawy okres w czasie pierwszych miesięcy pomiarów. Dane naukowe zaczęły być rejestrowane niecałe 2 miesiące przed rozpętaniem się burzy pyłowej, która objęła całą planetę i zakończyła misję łazika Opportunity.

W pierwszych dużych sprawozdaniach z misji naukowcy opisują jak pod wpływem burzy pyłowej zmieniał się profil pionowy zawartości wody w atmosferze planety i jaki zmierzono w tym czasie poziom metanu. Opublikowano też najdokładniejszą do tej pory globalną mapę występowania wody/lodu wodnego lub uwodnionych minerałów w cienkiej warstwie podpowierzchniowej planety. Artykuły opublikowano w czasopiśmie Nature oraz rosyjskich Dokładach Akademii Nauk.

Związek wody i pyłu w marsjańskim powietrzu

Za pomocą dwóch spektrometrów dostępnych na sondzie TGO udało się wykonać profilowanie atmosfery Marsa z użyciem techniki okultacji słonecznej. Sonda, patrząc w atmosferę planety mierzy w jaki sposób absorbowane jest przez nią światło słoneczne, dzięki czemu może poznać jej skład na różnych wysokościach.

Pionowy profil atmosfery udało się wykonać na przestrzeni roku niemal od samej powierzchni planety do 80 km wysokości. Wyniki potwierdzają wcześniej wykonane modele cyrkulacji atmosfery Marsa.

img
Grafika informacyjna przedstawiająca pierwsze wyniki pomiarów zawartości wody w atmosferze Marsa. Na wykresach widzimy profile pionowe zawartości wody i ciężkiej wody w atmosferze zarówno przed jak i w trakcie burzy pyłowej. Źródło: ESA.

Marsjańska atmosfera w przeciągu kilku dni zareagowała na powstającą burzę pyłową. Zwiększona zawartość pyłów w atmosferze spowodowała, że większa ilość wody zaczęła gromadzić się na większych wysokościach. Dzieje się tak z powodu absorpcji ciepła przez pył, ciepło to podgrzewa otaczające go powietrze w atmosferze i rozszerza go na większej przestrzeni. Dodatkowo wyższe temperatury gazów powodują powstawanie mniejszej ilości chmur wodnych i lodowych, które zatrzymują wodę na niskich wysokościach.

Zespół misji wykonał pomiary zawartości wody jak i ciężkiej wody HDO (jeden z atomów wodoru jest zastąpiony deuterem - czyli izotopem wodoru z neutronem w jądrze). Wiedza o różnicach między nimi pozwoli lepiej poznać ilość wodoru i deuteru uciekających z atmosfery w przestrzeń kosmiczną, a także dowiedzieć się więcej o historii zawartości wody w atmosferze planety.

Brak metanu

Również za pomocą pary spektrometrów sonda TGO dokonała pomiarów zawartości gazów śladowych w marsjańskiej atmosferze. Za gazy śladowe uznajemy te, które występują w objętościach poniżej 1% całkowitej objętości atmosfery planety.

Jednym z takich gazów jest metan. Ten prosty węglowodór szczególne interesuje naukowców, z uwagi na fakt, że na Ziemi wytwarzany jest głównie przez procesy biologiczne (95% całej emisji). Co jeszcze ciekawsze, metan jest szybko niszczony przez promieniowanie słoneczne - co za tym idzie każda jego detekcja oznacza, że został on stworzony lub wypuszczony do atmosfery w obrębie zaledwie kilkuset ostatnich lat. Modele atmosferyczne wskazują też, że punktowa emisja metanu rozprzestrzeni się na całą planetę w czasie tylko kilku miesięcy.

Obecność metanu w atmosferze Marsa jest polem gorących dyskusji od czasu kiedy po raz pierwszy wykryto go w atmosferze przez europejski orbiter Mars Express w 2004 roku. Wtedy zmierzona zawartość wyniosła 10 ppbv (liczba części na miliard). Późniejsze obserwacje teleskopowe z Ziemi wykazywały brak albo chwilowe zawartości, dochodżace do 45 ppbv. Łazik Curiosity wyposażony w dokładniejszą aparaturę zmierzył zawartość metanu tła na poziomie 0,2-0,7 ppbv, zróżnicowaną wraz ze zmianami pór roku na planecie. Czasem wykrywał też nagłe wzrosty. Ostatnio informowaliśmy, że działająca nadal sonda Mars Express wykryła jeden z takich wzrostów dzień po podobnej obserwacji łazika Curiosity.

Nowe rezultaty z sondy TGO są zaskakujące. Okazuje się, że globalnie metanu praktycznie nie wykryto - zawartość 0,05 ppbv to górna granica detekcji - 10-100 razy mniejsza od poprzednich pomiarów wykonanych przez inne sondy. Najdokładniejsza detekcja uzyskana na wysokości 3 km wskazuje na zawartości na poziomie 0,012 ppbv.

img
Grafika przedstawiająca pomiary zawartości metanu w atmosferze przeprowadzone przez sondę TGO w porównaniu z pomiarami dostarczonymi przez łazik Curiosity. Źródło: ESA.

Pomiary TGO stoją w sprzeczności z poprzednimi pomiarami - praktyczny brak globalnej zawartości metanu musi oznaczać, że jest on po emisjach szybko usuwany z atmosfery. Oprócz pytania o pochodzenie wykrytego w ramach innych misji metanu, równie ciekawe wydaje się więc pytanie o sposób jego znikania.

Wodna mapa Marsa

Pytanie o metan pozostaje otwarte. To co już wiemy, to że Mars był kiedyś planetą bogatą w wodę na swojej powierzchni. Do dziś woda występuje na Marsie w postaci lodu wodnego i uwodnionych minerałów na powierzchni. Dzięki detektorowi neutronów FREND na sondzie TGO udało się utworzyć szczegółową mapę zawartości wody i związków z grupą hydroksylową do głębokości 1 m na powierzchni planety.

img

Z mapy możemy odczytać dużą zawartość wody w obszarach biegunowych (w postaci wiecznej zmarzliny) oraz lokalizacje regionów bogatych w związki wodne i wodę na niższych szerokościach geograficznych, związaną w skałach płytko pod powierzchnią.

Dane zgromadzone z zaledwie 131 dni obserwacji instrumentu już biją swoją szczegółowością najdokładniejszy do tej pory taki przegląd, wykonany przez statek NASA Mars Odyssey. Jak podkreślają badacze odpowiedzialni za instrument, po planowanym roku marsjańskim obserwacji dane te będą jeszcze dokładniejsze.

Podsumowanie

Europejski projekt ExoMars, wykonywany wspólnie przez europejską agencję ESA oraz rosyjski Roskosmos dostarcza pierwszych ważnych odpowiedzi na temat tego jak wygląda atmosfera Czerwonej Planety i jakie procesy w niej zachodzą. Podstawowa misja orbitera TGO ma zakończyć się w 2022 roku, ale już w 2020 roku na planecie wyląduje jej kontynuacja. Pierwszy europejski łazik Rosselin Franklin zbada Marsa z poziomu jego powierzchni.

Na podstawie: ESA/Nature

Opracował: Rafał Grabiański

Więcej informacji:


Na zdjęciu: Wizja artystyczna sondy Trace Gas Orbiter, analizującej marsjańską atmosferę. Źródło: ESA/ATG.