Methaan op Mars blijkt zich ’s nachts op te hopen

Marsrover Curiosity in de Gale krater. Credit: NASA

Er lijkt een oplossing in zicht te zijn voor het ‘methaanprobleem’ van Mars. Dat probleem komt er kortweg op neer dat vanaf de grond op Mars gemeten er methaan in de atmosfeer zit, een verbinding die door zonlicht na een zogeheten residentietijd van 340 jaar wordt afgebroken, maar dat vanuit de ruimte bekeken dat methaan er niet is. Marsrover Curiosity heeft vanuit de Gale krater met regelmaat methaan gemeten, maar de Trace Gas Orbiter (TGO) vanuit de ruimte, die sinds 2016 in het kader van de ExoMars missie om Mars cirkelt, kon niets detecteren. Hoe kan dat? Er lijkt nu voor het grootste deel van het methaanprobleem een oplossing gevonden te zijn en die is nog eenvoudig ook. Het blijkt namelijk te maken te hebben met het tijdstip waarop Curiosity en TGO hun metingen doen. Dat meten is een intensief proces dat veel stroom kost. TGO haalt z’n stroom uit zijn zonnepanelen en daarom doet die de metingen overdag. Curiosity heeft een thermo-elektrische radio-isotopengenerator die de stroom levert. Overdag wordt de stroom door andere instrumenten gebruikt, maar ’s nachts doet de methaandetector – dat is het Tunable Laser Spectrometer (TLS) instrument – z’n werk.

TGO analyseert de atmosfeer van Mars. Credit: ESA.

Een team van onderzoekers onder leiding van Christopher Webster heeft die verschillende werkschema’s van Curiosity en TGO onderzocht en het blijkt dat dat het verschil in de metingen deels kan verklaren.’s Nachts als het koel is en de atmosfeer rustig kan methaan zich ophopen. Curiosity meet dan methaan. Maar overdag is het warmer en de atmosfeer meer in beweging, dán wordt het ’s nachts opgebouwde methaan verstrooid tot dermate lage niveaus, dat TGO het niet kan detecteren. Dé manier om dit verschil te checken was door Curiosity een keer toch overdag metingen te laten doen. En wat bleek: overdag kon Curiosity ook geen methaan detecteren, tot twee keer toe nul resultaat. Kennelijk is er alleen ’s nachts voldoende ophoping van methaan om het te kunnen detecteren. Een deel van het methaanprobleem blijft nog wel overeind: er wordt kennelijk toch methaan geproduceerd, vermoedelijk door geologische processen in kraters zoals Gale, en dat zou zich dan in de atmosfeer moeten ophopen tot concentraties die door TGO wel detecteerbaar zijn, ook overdag. Maar kennelijk is er iets dat het methaan toch weer afbreekt in minder dan de residentietijd. Gedacht wordt aan kleine elektrische ontladingen door stof in de atmosfeer of door zuurstof laag boven het oppervlak dat methaan afbreekt. Dat wordt nu verder onderzocht. Hier het vakartikel over de methaanmetingen op Mars, verschenen in Astronomy & Astrophysics. Bron: NASA.

TGA en MRO hebben Perseverance gespot vanuit de ruimte

Marsrover Perseverance én alle onderdelen die met de ‘Entry, Descent and Landing‘ op 18 februari door de ijle atmosfeer van Mars afdaalden zijn ook vanuit de ruimte gespot door twee verkenners die om Mars draaien. Op 19 februari gebeurde dat als eerste met de High Resolution Imaging Experiment (HiRISE) camera aan boord van NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en dat leverde dit (gelabelde) plaatje op:

Credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Vier dagen later maakte de ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter (TGO) met z’n CaSSIS camera deze foto van hetzelfde tafereel enkele honderden kilometers lager:

Credit: ESA/Roscosmos/CaSSIS; acknowledgement A. Valantinas

Hier de gelabelde versie van de foto:

Credit: ESA/Roscosmos/CaSSIS; acknowledgement A. Valantinas

Mmmm, zoek de verschillen tussen de HiRISE en CaSSIS camera’s. 😀 Bron: NASA en ESA.

ExoMars detecteert nieuw gas en spoort waterverlies op Mars op

Beeld van de Terra Sabaea- en Arabia Terra-gebieden van Mars, samengesteld uit gegevens van de High Resolution Stereo Camera op ESA’s Mars Express-ruimtesonde. Credit: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

ESA-Roscosmos’ ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) heeft voor het eerst een ‘nieuw’ gas ontdekt: een gas dat nooit eerder op Mars werd waargenomen. Zeezout dat in het stoffige oppervlak van Mars is ingebed en in de atmosfeer van de planeet is meegevoerd, heeft geleid tot de ontdekking van waterstofchloride. TGO levert ook nieuwe informatie over de manier waarop Mars zijn water verliest.

Twee belangrijke drijfveren in Marsonderzoek zijn enerzijds de jacht op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit, en anderzijds het verkrijgen van inzicht in de vroegere en huidige watervoorraad op de planeet, om te bepalen of Mars ooit bewoonbaar kan zijn geweest en of er waterreservoirs toegankelijk kunnen zijn voor toekomstige menselijke exploratie. Twee nieuwe resultaten van het ExoMars-team, vandaag gepubliceerd in Science Advances, onthullen een geheel nieuwe klasse van chemie en geven meer inzicht in seizoensgebonden veranderingen en interacties tussen oppervlak en atmosfeer.

Een nieuwe chemie

De Trace Gas Orbiter-missie verzamelt al sinds het voorjaar van 2018 atmosferische gegevens op Mars. Naast de zoektocht naar methaan is de detectie van nieuwe gassen een van de hoofddoelen van de missie. Het recentste onderzoek op Mars heeft nu voor het eerst geleid tot de ontdekking van een nieuw gas in de atmosfeer van Mars: waterstofchloride. Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars, en vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus om te begrijpen.

Waterstofchloridegas, of HCl, bestaat uit een waterstof- en een chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd al op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel omdat ze mogelijke indicatoren zijn van vulkanische activiteit. Maar de aard van de waarnemingen – het feit dat waterstofchloride op hetzelfde moment op zeer afgelegen plaatsen werd waargenomen, en het ontbreken van andere gassen die men bij vulkanische activiteit zou verwachten – wijst op een andere bron. De ontdekking wijst op een geheel nieuwe interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer van Mars, aangedreven door de stofseizoenen op Mars, die nog niet eerder was onderzocht.

In een proces dat veel gelijkenis vertoont met dat op aarde worden zouten in de vorm van natriumchloride (NaCl) – overblijfselen van de oceanen die verdampt zijn en gevangen zitten in het stoffige oppervlak van Mars – door de winden in de atmosfeer gebracht. Zonlicht verwarmt de atmosfeer waardoor het stof, samen met de waterdamp (H2O) die vrijkomt uit de ijskappen, opstijgt. Het zoute stof reageert met het water in de atmosfeer waarbij chloor vrijkomt, dat op zijn beurt weer reageert met waterstofmoleculen en waterstofchloride vormt. Door verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof kunnen terugkeren naar het oppervlak, misschien in de vorm van perchloraten, een zoutsoort die bestaat uit zuurstof en chloor.

Hoe waterstofchloride op Mars kan ontstaan. Credit: ESA

Water blijkt een cruciaal element te zijn in deze chemie: je hebt waterdamp nodig om chloor vrij te maken en je hebt de bijproducten van water – waterstof – nodig om waterstofchloride te vormen. Maar ook het stof speelt een heel belangrijke rol: er wordt meer waterstofchloride waargenomen wanneer de stofactiviteit toeneemt, een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden opwarming van het zuidelijk halfrond.

Het team nam het gas voor het eerst waar tijdens de globale stofstorm in 2018, waarbij het gelijktijdig op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond verscheen, en was getuige van de verrassend snelle verdwijning ervan weer aan het einde van de seizoensgebonden stofperiode. Wetenschappers hebben inmiddels de gegevens van het volgende stofseizoen bekeken en zien de HCl stijgen.

Uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe globale atmosferische simulaties zullen nodig zijn om de op chloor gebaseerde interactie tussen oppervlak en atmosfeer beter te begrijpen, samen met voortgezette waarnemingen op Mars om te bevestigen dat de stijging en daling van HCl wordt aangedreven door de zomer op het zuidelijk halfrond.

Stijgende waterdamp biedt aanknopingspunten voor klimaatevolutie

Behalve nieuwe gassen levert de Trace Gas Orbiter ook een beter inzicht in de manier waarop Mars zijn water verloor – een proces dat eveneens verband houdt met seizoensgebonden veranderingen.

Ooit zou vloeibaar water over het oppervlak van Mars hebben gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude opgedroogde valleien en rivierbeddingen. Vandaag de dag zit het meestal opgesloten in de ijskappen of onder het Marsoppervlak. Mars lekt ook vandaag nog water in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.

Inzicht in het samenspel van potentiële waterhoudende reservoirs en hun gedrag op seizoens- en lange termijn is essentieel om de evolutie van het klimaat van Mars te begrijpen. Dit kan worden gedaan door het bestuderen van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarbij één waterstofatoom is vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron).

De deuterium-over-waterstof-verhouding, D/H, vertelt ons iets over de geschiedenis van het water op Mars, en hoe het waterverlies in de loop der tijd is geëvolueerd.

Met de Trace Gas Orbiter kunnen we het pad van de waterisotopologiën volgen terwijl ze opstijgen in de atmosfeer met een niveau van detail dat niet eerder mogelijk was. Eerdere metingen gaven alleen het gemiddelde over de hele atmosfeer. Het is alsof we vroeger alleen een 2D-beeld hadden, nu kunnen we de atmosfeer in 3D verkennen.
zegt Ann Carine Vandaele van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, hoofdonderzoeker van het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) instrument dat voor dit onderzoek werd gebruikt.

ExoMars observeert water in de atmosfeer van Mars. Credit: ESA

De nieuwe metingen onthullen dramatische variabiliteit in D/H met de hoogte en het seizoen naarmate het water opstijgt van zijn oorspronkelijke locatie. De gegevens laten zien dat zodra het water volledig is verdampt, het een hoge verrijking in halfzwaar water vertoont met een D/H-verhouding die zes keer zo hoog is als die van de aarde, hetgeen bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan.

ExoMars-gegevens die tussen april 2018 en april 2019 zijn verzameld, lieten ook drie gevallen van versneld waterverlies in de atmosfeer zien: de wereldwijde stofstorm van 2018, een korte maar intense regionale storm in januari 2019, en het vrijkomen van water uit de zuidelijke poolijskap tijdens de zomermaanden, gekoppeld aan seizoenswisselingen. Van bijzonder belang is een pluim van opstijgende waterdamp tijdens de zuidelijke zomer die op seizoens- en jaarbasis water in de bovenste atmosfeer zou kunnen injecteren.

Toekomstige waarnemingen, gecoördineerd met andere ruimtevaartuigen, waaronder NASA’s MAVEN, dat zich richt op de bovenste atmosfeer, zullen aanvullende informatie opleveren over de evolutie van water gedurende het Martiaans jaar.

De wisseling van de seizoenen op Mars, en in het bijzonder de relatief hete zomer op het zuidelijk halfrond, lijkt de drijvende kracht te zijn achter deze nieuwe waarnemingen, zoals het verhoogde waterverlies in de atmosfeer en de stofactiviteit die verband houdt met de detectie van waterstofchloride, die we zien in de twee nieuwste studies. De waarnemingen van de Trace Gas Orbiter stellen ons in staat de Marsatmosfeer te verkennen zoals nooit tevoren.

Seizoensvariabiliteit van water (links) en D/H (rechts) voor de noordelijke (boven) en zuidelijke (onder) hemisferen, zoals bepaald door het Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) instrument aan boord van de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter. Er is waargenomen dat water grote hoogten van meer dan 80 km bereikt tijdens regionale en wereldwijde stofstormen en aan het begin van de zuidelijke zomer (met de naam ‘aspirator’). Koudere temperaturen aan de polen en in de middelste atmosfeer leiden tot fractionering van water en een schijnbare afname van D/H. Wanneer het water echter volledig verdampt is, vertoont het een sterke verrijking van zes maal die van de oceanen op aarde, hetgeen bevestigt dat in de loop van de tijd grote hoeveelheden water naar de ruimte verloren zijn gegaan.
Credit: Villanueva et al. (2021)

Vakartikelen

Bron: Aeronomie.be.

Daar waar men methaan verwachtte is ozon en kooldioxide in de Marsatmosfeer aangetroffen

Impressie van de TGO. Credit: ESA/ATG medialab

Gedurende twee jaar is de atmosfeer van Mars uitgebreid bestudeerd door de Europese Trace Gas Orbiter (TGO), die zich richt op de samenstelling van de atmosfeer van Mars en dan met name op de aanwezigheid van methaan. Eén Marsjaar (687 aardse dagen) lang is de atmosfeer van de Rode planeet onderzocht met de Atmospheric Chemistry Suite (ACS) aan boord van de TGO en dat heeft een verrassing opgeleverd: op de plekken waar men de hoogste hoeveelheid methaan verwachtte daar trof men ozon (O3) en kooldioxide (CO2) aan. Die zijn eerder ook al waargenomen, onder andere met de Europese Mars Express sonde in het UV-gedeelte, maar niet in dit gedeelte van het spectrum, het infrarode gedeelte. Met infrarood kan men dieper in de atmosfeer kijken, dus biedt dit de gelegenheid om beter te zien in welke hoeveelheden ozon op de verschillende hoogtes boven Mars voorkomt. Zowel op aarde als op Mars zorgt ozon er voor dat de chemische samenstelling van de atmosfeer stabiel blijft.

Het spectrum door TGO gemeten met daarin de lijnen van ozon en kooldioxide. Credit: K. Olsen et al. (2020)

Het bestuderen van methaan in de atmosfeer van Mars is van belang omdat het methaan op aarde een biologische oorsprong heeft en dat op Mars wellicht ook zo is. Methaan breekt al in ongeveer 400 jaar, dus er moet iets zijn wat er voor zorgt dat het methaan op Mars – dat door meerdere instrumenten is waargenomen – telkens aanvult, een biologische óf geologische bron. Het is nog niet duidelijk wat de detectie van ozon en kooldioxide in dit deel van het spectrum op de plek waar men methaan verwachtte betekent. Hier de twee vakartikelen over de waarnemingen met TGO, beiden verschenen in Astronomy & Astrophysics:

Bron: ESA.

Europese ExoMars Trace Gas Orbiter bespeurt een groene gloed rondom Mars

Credit: ESA

Dat de Aarde een groene gloed heeft, die vanuit de ruimte kan worden waargenomen, was al bekend. Maar nu is voor het eerst ook zo’n groene gloed bij een andere planeet dan de aarde waargenomen en wel bij Mars door ESA’s ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO). De groene gloed op aarde wordt veroorzaakt door zuurstof, dat bij poollicht oplicht als elektronen vanuit de ruimte in botsing komen met de deeltjes van de atmosfeer. Vanuit het internationale ruimtestation ISS is het al vaak gefotografeerd, zoals hieronder te zien.

Credit: NASA

De TGO draait sinds oktober 2016 om Mars (toen de Schiaparelli lander crashte). Hoewel de emissie van zuurstof in de atmosfeer van Mars al veertig jaar geleden werd voorspeld is ‘ie nu pas waargenomen, door de TGO, onder andere met z’n NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) instrument en Ultraviolet and visible spectrometer (UVIS).

De gloed blijkt het helderst te zijn op 80 kilometer boven het planeetoppervlak, zoals te zien aan de grafiek hierboven. De metingen komen goed overeen met de theoretische voorspellingen van de gloed. Net als op Aarde is de groene gloed slecht zichtbaar. Je ziet ‘m alleen als ‘ie ‘van opzij’ wordt bekeken, zoals de astronauten in het ISS ook weten. Dát was dan ook wat ze met de TGO deden, de instrumenten richten naar het ‘nadir’ van Mars en dat had resultaat – bingo!. Men denkt dat de emissie voornamelijk ontstaat door de afbraak van koolstofdioxide-moleculen, waarbij koolstofmonoxide- en zuurstofatomen vrijkomen. Het zijn deze laatste die de groene gloed produceren. Daarbij ontstaat gelijktijdig ook een gloed in het ultraviolet, die maar liefst 16,5 keer zo krachtig is als de zichtbare gloed. In Nature verscheen een vakartikel over de waarnemingen met de TGO aan de groene gloed op Mars. Bron: ESA.

De eerste resultaten van de ExoMars Trace Gas Orbiter zijn bekendgemaakt

TGO analyseert de atmosfeer van Mars. Credit: ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: O. Korablev et al (2019)

Nieuwe gegevens over de impact van de recente planeet-omvattende stofstorm op het water in de atmosfeer en een verrassende afwezigheid van methaan, dat zijn de wetenschappelijke hoogtepunten van het eerste jaar dat de ExoMars Trace Gas Orbiter doorbracht in een baan rond Mars. De nieuwe resultaten worden beschreven in twee papers die vandaag gepubliceerd zijn in het tijdschrift Nature. Ze worden ook toegelicht tijdens een persconferentie bij de European Geosciences Union in Wenen.

Een derde paper die ingestuurd werd bij de Proceedings of the Russian Academy of Science toont de meest gedetailleerde kaart ooit gemaakt van water-ijs of gehydrateerde mineralen op geringe diepte in de bodem van Mars. De ExoMars Trace Gas Orbiter, of TGO, is een gezamenlijke missie van ESA en het Russische ruimtevaartagentschap Roscosmos. De sonde kwam in oktober 2016 aan bij de rode planeet. Ze had meer dan een jaar nodig om door middel van de aerobraking-techniek in een voor wetenschappelijk onderzoek geschikte baan te komen. TGO heeft nu een omlooptijd van 2 uur, op 400 kilometer boven het oppervlak van Mars.

“We zijn opgetogen met de eerste resultaten van de Trace Gas Orbiter,” zegt Håkan Svedhem, TGO-projectwetenschapper bij ESA. “Onze instrumenten presteren uitstekend en leverden al tijdens de eerste maanden zeert goede data, van een veel hoger niveau dan voorheen mogelijk was.”

De eerste resultaten van TGO. Credit: ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: O. Korablev et al (2019)

De belangrijkste wetenschappelijke missie van de TGO begon eind april 2018. Enkele maanden later brak de globale stofstorm los die uiteindelijk tot de ondergang zou leiden van de NASA-rover Opportunity, na meer dan 15 jaar rondrijden over het oppervlak van Mars. Vanuit hun baan om de planeet konden satellieten daarentegen unieke waarnemingen doen. TGO volgde het opsteken en de ontwikkeling van de storm en observeerde hoe de toenemende hoeveelheid stof de waterdamp in de atmosfeer beïnvloedde. Dat is van belang om de evolutie van het water op Mars doorheen de tijd te begrijpen.

Profiteren van de stofstorm

Twee spectrometers aan boord, NOMAD en ACS, maakten de eerste zonnebedekkingsmetingen van de atmosfeer op hoge resolutie. Daarbij observeren ze hoe zonlicht geabsorbeerd wordt in de atmosfeer om zo de chemische vingerafdrukken van de ingrediënten ervan bloot te leggen. Dat maakte het mogelijk om de verticale distributie van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarin één van de waterstofatomen vervangen is door een deuterium-atoom, een vorm van waterstof met een extra neutron) in kaart te brengen, van vlak boven het Marsoppervlak tot op meer dan 80 km hoogte.

De nieuwe resultaten volgen de invloed van stof in de atmosfeer op water en op het ontsnappen van waterstofatomen naar de ruimte. “Op de noordelijke breedtegraden zagen we dingen die er voorheen niet waren, zoals stofwolken op hoogtes van ongeveer 25-40 km. Op zuidelijke breedtegraden zagen we dan weer stoflagen die zich naar grotere hoogten verplaatsen,” zegt Ann Carine Vandaele, hoofdonderzoeker voor het NOMAD-instrument bij het BIRA.

“De toename van de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer ging opvallend snel. Ze vond plaats over een periode van slechts een paar dagen na het opsteken van de storm. Dat toont aan dat de atmosfeer snel reageert op de stofstorm.”

De ontwikkeling van een stofstorm. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)

De waarnemingen stroken met globale circulatiemodellen. Stof absorbeert zonnestralen, waardoor het omringende gas opwarmt en uitzet. Dat zorgt er dan weer voor dat andere ingrediënten van de atmosfeer, zoals water, herverdeeld worden over een groter verticaal gebied. Er ontstaan ook grotere temperatuurverschillen tussen de polen en de evenaar, waardoor de atmosferische circulatie versterkt. Tegelijkertijd vormen er zich door de hogere temperaturen minder wolken van water-ijs, die het water normaal vasthouden op lagere hoogtes.

De teams maakten ook de eerste simultane waarnemingen van halfzwaar water en waterdamp. De leverde belangrijke informatie op over de processen die beïnvloeden hoeveel waterstof- en deuterium-atomen kunnen ontsnappen naar de ruimte. Zo kon ook de verhouding deuterium ten opzicht van waterstof (deuterium-to-hydrogen of D/H ratio) vastgesteld worden, een belangrijke variabele die verband houdt met de evolutie van de totale hoeveelheid water op Mars.

“We zien dat water, met of zonder deuterium, heel gevoelig is voor de aanwezigheid van ijswolken. Die beletten dat het de hogere lagen van de atmosfeer bereikt. Tijdens de storm steeg het water tot op veel grotere hoogten’”, zegt Ann Carine. “Dit werd al lang voorspeld door theoretische modellen maar dit is de eerste keer dat we het ook konden waarnemen.”

Aangezien voorspeld wordt dat de D/H ratio varieert naargelang het seizoen en de breedtegraad, wordt verwacht dat de toekomstige regionale en seizoensgebonden metingen van TGO verder bewijs zullen leveren van de processen die spelen.

Het methaanmysterie wordt dieper

De twee complementaire instrumenten zijn ook begonnen met het meten van spoorgassen in de atmosfeer van Mars. Spoorgassen maken minder dan 1 (volume)percent van de atmosfeer uit, waardoor er zeer precieze meettechnieken nodig zijn om hun exacte chemische vingerafdruk in de samenstelling van de atmosfeer vast te stellen. De aanwezigheid van spoorgassen wordt doorgaans gemeten in ‘deeltjes per miljard volgens volume’ (parts per billion by volume of ppbv). Het gehalte methaan in de atmosfeer op aarde bedraagt bijvoorbeeld 1800 ppbv, wat wil zeggen dat er in één miljard moleculen uit de Aardse atmosfeer 1.800 moleculen methaan zitten.

Methaan is bijzonder interessant voor Marswetenschappers aangezien het niet alleen uit geologische processen voortkomt maar ook kan wijzen op leven. Op Aarde komt zo’n 95% van het methaan in de atmosfeer voort uit biologische processen. Het gas wordt vernietigd door zonnestraling over periodes van enkele eeuwen. Dat betekent dat methaan dat waargenomen wordt in de atmosfeer relatief recent vrijgekomen moet zijn, ook al is het gas zelf miljoenen of miljarden jaren geleden gevormd en tot vandaag gevangen gebleven in ondergrondse reservoirs. Bovendien worden spoorgassen dag in dag uit efficiënt vermengd vlakbij het oppervlak van de planeet. Globale windcirculatiemodellen voorspellen dat methaan in de loop van enkele maanden gelijkmatig verspreid raakt rondom de planeet.

Berichten over methaan in de atmosfeer van Mars werden uitgebreid besproken omdat de waarnemingen heel sporadisch waren qua tijd en verspreid qua locatie. Ze lagen bovendien vaak op de grens van de detectiedrempels van de betrokken instrumenten. De ESA-sonde Mars Express bracht één van de eerste metingen uit een baan om Mars in 2004. Toen werd aanwezigheid van 10 ppbv methaan waargenomen.

Telescopen op Aarde meldden daarnaast zowel negatieve waarnemingen als voorbijgaande metingen tot ongeveer 45 ppbv. De Curiosity-rover van NASA, die sinds 2012 de Gale-krater op Mars verkent, suggereerde een achtergrondniveau van ongeveer 0,2 tot 0,7 ppbv methaan, met enkele hogere pieken. Minder lang geleden nam Mars Express nog een methaanpiek waar, één dag na één van de hoogste metingen van Curiosity.

TGO’s zoektocht naar methaan op Mars. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)

De nieuwe resultaten van TGO leveren de meest gedetailleerde globale analyse tot dusver. Er werd niet meer dan van 0,05 ppbv waargenomen, wat 10 tot 100 keer minder methaan is dan gemeld werd bij alle voorgaande waarnemingen. De meest nauwkeurige waarnemingsdrempel van 0,012 ppbv werd bereikt op 3 km hoogte.

Als we rekening houden met een voorspelde levensduur van 300 jaar van een methaan-molecule op Mars (waarbij enkel met atmosferische afbraakprocessen rekening gehouden wordt), komt 0,05 ppbv overeen met een methaanuitstoot van maximaal 500 ton. Verspreid over de hele atmosfeer is dat een extreem laag cijfer.

“We hebben mooie, heel nauwkeurige gegevens die signalen van water tonen binnen het gebied waarin we verwachtten ook methaan te zien. Maar voor methaan kunnen we alleen melding maken van een bescheiden bovengrens, wat wijst op een globale afwezigheid van methaan,” zegt ACS-hoofdonderzoeker Oleg Korablov van het Instituut voor Ruimte-onderzoek van de Russische Academie voor Wetenschappen in Moskou.

“De heel precieze metingen van de TGO lijken in strijd te zijn met eerdere waarnemingen. Om de verschillende datasets te verzoenen en de snelle transitie van eerder gedetecteerde methaanpluimen naar de blijkbaar zeer lage achtergrondniveaus te verklaren moeten we een mechanisme ontdekken dat snel methaan vernietigt, vlakbij het oppervlak van de planeet.”

“De vraag naar de aanwezigheid van methaan en waar het vandaan komt gaf aanleiding tot veel debatten. Net zo interessant is de kwestie van waar het heengaat en hoe het zo snel kan verdwijnen,” zegt Håkan.

“We hebben niet alle puzzelstukken en zien dus nog niet het hele plaatje. Het is net daarom dat we daar zijn met de TGO. We maken een gedetailleerde analyse van de atmosfeer met de beste instrumenten die we hebben om beter te begrijpen hoe actief deze planeet is, of het nu biologisch of geologisch is.”

De belangrijkste methaanmetingen op Mars. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)

De nauwkeurigste kaart van water vlak onder het oppervlak

Terwijl het felle debat over de aard en de aanwezigheid van methaan verder gaat, is het wel zeker dat er ooit water was op Mars. Ook zeker is dat het er nog steeds is, in de vorm van water-ijs en water-gehydrateerde mineralen. En waar er water was, was er misschien ook leven.

Om de locatie en de historiek van water op Mars beter te begrijpen brengt de neutronendetector FREND aan boord van de TGO de distributie van waterstof tot op één meter onder het oppervlak van de planeet in kaart. Waterstof is een bestanddeel van watermoleculen en wijst dus op de aanwezigheid van water. Het kan ook wijzen op water dat geabsorbeerd werd door het oppervlak of op mineralen die gevormd werden in aanwezigheid van water.

FREND zal één Mars-jaar—bijna twee Aard-jaren—nodig hebben om optimale statistische gegevens te bekomen en zo een kaart van de hoogste kwaliteit te genereren. Maar ook de eerste kaarten, gebaseerd op de gegevens van slechts een paar maanden, overtreffen nu al de resolutie van eerdere metingen.

De verspreiding van water vlak onder het oppervlak van Mars, ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)

“In amper 131 dagen had het instrument al een kaart geproduceerd met een hogere resolutie dan die gebaseerd op 16 jaar aan gegevens van z’n voorganger, aan boord van NASA’s Mars Odyssey. En ze zal nóg beter worden,” zegt Igor Mitrofanov, hoofdonderzoeker van het FREND-instrument bij het Instituut voor Ruimteonderzoek van de Russische Academie voor Wetenschappen in Moskou.

Naast de permafrost in de poolgebieden die vanzelfsprekend rijk is aan water, toont de kaart ook in fijner detail lokale ‘natte’ en ‘droge’ gebieden. Ze toont ook waterrijke stoffen in de gebieden rond de evenaar. Dat kan er op wijzen dat er zich daar vandaag waterrijk permafrost bevindt, of dat de polen van de planeet zich daar in het verleden bevonden.

“De data worden steeds beter. Uiteindelijk zullen we beschikken over dé referentiegegevens om de waterrijke stoffen vlak onder het oppervlak van Mars in kaart te brengen. Dat is cruciaal voor ons begrip van de algemene evolutie van Mars en van waar al het vandaag aanwezige water zich bevindt,” voegt Igor toe. “Dat is van belang voor het wetenschappelijk onderzoek van Mars en waardevol voor de exploratie van Mars in de toekomst.”

“We konden eerder al genieten van mooie foto’s en stereo-beelden van Mars dankzij het beeldvormingssysteem van TGO. Nu zijn we zijn verheugd dat we een eerste blik op de data van de andere instrumenten kunnen delen,” besluit Håkan.

“We kijken uit naar een mooie toekomst waarin we verder zullen bijdragen aan de vele fascinerende aspecten van de Marswetenschap zoals de verspreiding van water onder de oppervlakte, de actieve oppervlakteprocessen en de mysteries van de Martiaanse atmosfeer.”

Detail van een stofhoos. ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO

Hier de vakartikelen over de waarnemingen met de TGO.

Early observations by ExoMars Trace Gas Orbiter show no signs of methane on Mars” door O. Korablev et al. is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Martian dust storm impact on atmospheric water and D/H observed by ExoMars Trace Gas Orbiter” door A.C. Vandaele et al. is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Neutron Mapping of Mars with High Spatial Resolution: First Results of FREND experiment of the ExoMars Project” door I.G. Mitrofanov et al. werd aanvaard voor publicatie in Proceedings of the Russian Academy of Science, the Branch of Physical Science.

Bron: ESA.

Mars, Mars en nog eens Mars

Credit: ESA/ATG medialab

Jawel, drie keer Mars, drie korte berichtjes over de Rode Planeet.

  1. Ten eerste dat de ESA besloten heeft (een maandje terug alweer, excuséz moi) om de ExoMars rover, die ergens in maart 2021 op Mars moet landen en vervolgens rondrijden, Rosalind Franklin noemen. Als scheikundige was zij één van de ontdekkers van de structuur van DNA en da’s ook wat die rover wil gaan onderzoeken: kijken of er (overblijfselen van) bouwstenen van leven te vinden is. Hierboven zie je een impressie van Rosalind Franklin. Bron: ESA.
  2. InSight is in zicht. De ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter (TGO), die op 19 oktober 2016 in een baan om Mars kwam, heeft met z’n Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) een foto weten te maken vanuit de ruimte van NASA’s InSight lander, die bezig is het binnenste van Mars te onderzoeken. Hieronder zie je die foto, waarop ook de parachute, het hitteschild en de achterzijde van de lander te zien zijn. De foto is op 2 maart j.l. gemaakt.

    Credit: ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO

    In de bron overigens nog meer prachtige foto’s van Mars, die met CaSSIS gemaakt zijn. Moet je echt even kijken. Bron: ESA.

  3. Dan het derde en laatste bericht over Mars, een ietwat droevig bericht: Zoals jullie weten is de Marsrover Opportunity niet meer, de stofstorm die vorig jaar geheel Mars overwoekerde heeft ‘m de das omgedaan. Tot 10 juni 2018 was ‘ie nog actief in de grote Endeavour krater in het gebied genaamd Meridiani Planum op Mars. Tussen 13 mei en die fatale datum van 10 juni heeft ‘ie welgeteld 354 foto’s gemaakt van de omgeving van de krater en daar hebben ze deze allerlaatste panoramafoto van gemaakt – dubbelklikken om de veropportuneriseren.

    Credit: NASA

    Hieronder nog een versie met labels van wat alles precies is.

    Credit: NASA

    Bron: Universe Today.

Zo, dat was ‘ie weer over Mars.

Nou weten we ’t officieel: Schiaparelli stortte neer door verkeerde inschatting hoogte

Impressie van de Schiaparelli lander onder de parachute tijdens de afdaling. Credit: ESA

De Schiaparelli-Marslander van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA en haar Russische partner Roscosmos stortte vorig jaar oktober op Mars neer door een softwarefout die ervoor zorgde dat de lander dacht dat hij reeds geland was, waarna hij met een snelheid van 540 kilometer per uur neerstortte op het oppervlak. Dat blijkt uit onafhankelijk onderzoek.

De conclusie van het onderzoek is dat de lander na het openen van de parachute door sterke tolbewegingen en kantelingen onbetrouwbare inschattingen heeft gemaakt met betrekking tot de hoogte van de lander boven het oppervlak. Op een gegeven moment heeft de computer zelfs berekend dat de lander onder het oppervlak van Mars was beland terwijl het in werkelijkheid op 3,7 kilometer hoogte zat. Daarom liet de lander zijn parachute en achterste hitteschild te vroeg los en vuurde het de stuwmotoren 3 tellen lang af in plaats van de standaard 30 tellen. Het resultaat is dat de lander daarna met een snelheid van 150 meter per seconde insloeg op Mars.

Afbeelding met aangegeven waar de sensoren van het hitteschild zich bevinden. Credit: ESA

De Shiaparelli-Marslander moest in oktober van 2016 landen op het oppervlak van de planeet, als deel van de ExoMars 2016 missie, waar ook de Trace gas Orbiter (TGO) sonde deel van  uitmaakte. Echter, bij de landing van het voertuig was er geen contact mee en er viel dus niet direct in te schatten of de lander een ‘nette’ landing heeft gemaakt of is neergestort. Na de landingspoging hebben de accu’s in de lander genoeg energie om de module drie tot tien dagen in leven te houden, waarin de ESA de kans heeft om communicatie met de lander te herstellen. Dit bleef echter uit. Daaropvolgend kon de ESA aan de hand van satellietfoto’s, gemaakt door NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), van voor en na de landingspoging afleiden dat de Marslander gecrasht was (zie de afbeelding hieronder). De onderzoeksresultaten sluiten aan bij wat het ESA al vermoedde dat de oorzaak was. Met de TGO is het allemaal wel goed verlopen, die kwam in de geplande baan om Mars terecht – begin 2018 komt ‘ie in z’n uiteindelijke baan terecht.

Credit: ESA/NASA

Het onderzoek werd uitgevoerd door de zogenaamde Schiaparelli Inquiry Board, een onafhankelijk onderzoekspaneel dat ook aanbevelingen moet doen over de toekomst van de Marsmissies van de European Space Agency. De inhoudelijke technische voorstellen zijn meegenomen in de onderzoekbevindingen. De Marsmissie – ExoMars 2020 genaamd – gaat nog wel gewoon door, zo werd in december al bepaald door de lidstaten van de Europese ruimtevaartorganisatie. Voor het doorzetten van de missie is 436 miljoen euro benodigd. In totaal kost de missie 1,3 miljard euro.

Het ESA tekent wel aan dat de crash ook een zonnige kant heeft. Het heeft namelijk tekortkomingen in hard- en software en modellen over parachutegedrag blootgelegd die kunnen worden verholpen bij de volgende fase van de ExoMars-missie. Deze fase was ook hoofdzakelijk bedoeld om de technologie achter de landing te verfijnen zodat de rijdende ExoMars-rover in 2020 met zijn missie om sporen van leven, in het heden of uit het verleden, kan beginnen.

Bron: Tweakers.net.

De ExoMars TGO heeft Marsmaantje Phobos in het vizier

Credit: ESA

Met de ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), de sonde die op 19 oktober succesvol in een baan om Mars kwam, hebben ze het kleine maantje Phobos van Mars in kleur gefotografeerd. Hierboven zie je die foto, die op 26 november j.l. gemaakt is vanaf een afstand van 7700 km. Zo op het eerste gezicht zou je niet zeggen dat het een kleurenfoto is, maar dat komt simpelweg omdat de 27×22×18 km grote maan erg grijs gekleurd is. Er is ook een driedimensionale foto van Phobos gemaakt, die je hieronder ziet en die je met een 3D brilletje kunt bewonderen.

Credit: ESA

De TGO heeft momenteel een elliptische baan, die ‘m in 4,2 dagen om Mars voert, ergens tussen een laagste punt 230-310 km boven Mars, tot een hoogste punt dat maar liefst 98.000 km boven Mars ligt. Via baanmanoeuvres wordt de TGO komende tijd in een meer cirkelvormige baan gebracht, een operatie die pas eind volgend jaar klaar is. Onlangs bleek dat alle instrumenten van de TGO het uitstekend doen. Met de TGO gaat men metingen doen aan zeldzame gassen in de atmosfeer van Mars, met name methaan. Dat blijkt in wisselende hoeveelheid in de atmosfeer te zitten, een variatie die geologisch óf biologisch van oorsprong kan zijn. De TGO wil achter die juiste oorsprong komen. Ook werd deze week bekend dat de ESA de opvolger van de ExoMars 2016 missie heeft goedgekeurd, de ExoMars 2020 missie, die een Russisch-Europese rover op Mars moet zetten. Bron: ESA.

De instrumenten van de ExoMars TGO doen het uitstekend

Het gebied Arsia Chasmata, gefotografeerd door het CaSSIS instrument. Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

De instrumenten aan boord van de Trace Gas Orbiter (TGO) van de Europees-Russische ExoMars 2016 missie, die op 19 oktober j.l. in een baan om Mars kwam, blijken het uitstekend te doen. Op dit moment is z’n baan zeer langgerekt, variërend tussen 230-310 km op z’n laagste punt en maar liefst 98.000 km op z’n hoogste punt, een baan om Mars die de TGO eens per 4,2 dagen aflegt. In de laatste twee omwentelingen tussen 20 en 28 november werden de vier instrumenten aan boord van de TGO uitgetest en die bleken het alle vier goed te doen. Het gaat om deze instrumenten:

  • de Atmospheric Chemistry Suite (ACS), waarmee men kooldioxide in de atmosfeer van Mars wil meten. Hieronder zie je een eerste meting daarvan. Een deel van de grafiek is uitvergroot in de grafiek rechtsonder.

    Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

  • het Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) instrument, dat kijkt naar water in de ijle atmosfeer.
  • de Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND), die kijkt naar de hoeveelheid neutronen, die vanaf de oppervlak van Mars worden uitgezonden.
  • tenslotte is er het Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), dat in staat is stereobeelden van landschappen van Mars te maken. Daarmee is bovenstaande foto gemaakt van Arsia Chasmata, een strook van 25 km lengte. Het gebied ligt aan de flanken van de Arsia Mons, een grote vulkaan op Mars. Hieronder een eerste stereobeeld, dat met CaSSIS gemaakt is, een gebied genaamd Noctis Labyrinthus. De kleinste details op de foto zijn 20 meter groot.

    Credit: ESA/Roscosmos/ExoMars/CaSSIS/UniBE.

Het wetenschappelijke doel van de TGO is om onderzoek te doen aan zeldzame gassen in de ijle atmosfeer van Mars, zoals methaan, waterdamp, stikstofdioxide en acetyleen. Het gaat daarbij met name om methaan in de atmosfeer, dat zowel biologisch als geologisch van oorsprong kan zijn. De TGO moet het raadsel oplossen welke oorsprong het methaan van Mars heeft. Komend jaar gaat de TGO z’n baan veranderen en eind 2017 moet ‘ie in z’n definitieve , cirkelvormige baan terechtkomen, 400 km boven het oppervlak van Mars. Hieronder tenslotte een video, met daarin beelden gemaakt van het oppervlak van Mars door het CaSSIS instrument.

Bron: ESA.