Den här grafiken sammanfattar betydande mätförsök av metan på Mars. Rapporter om metan har gjorts av jordbaserade teleskop, ESA:s Mars Express från omloppsbana runt Mars, och NASAs Curiosity som ligger på ytan vid Gale Crater; de har också rapporterat mätförsök med ingen eller mycket lite metan upptäckt. På senare tid, ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter rapporterade en frånvaro av metan, och gav en mycket låg övre gräns. För att stämma av resultaten, som visar variationer i både tid och plats, forskare måste bättre förstå de olika processerna som skapar och förstör metan. Kredit:European Space Agency
I juni, NASA:s Curiosity-rover rapporterade den högsta metanexplosionen hittills, men varken ESA:s Mars Express eller ExoMars Trace Gas Orbiter registrerade några tecken på den illusoriska gasen, trots att han flög över samma plats vid samma tidpunkt.
Metan är av sådan fascination eftersom en stor del på jorden genereras av levande varelser. Det är känt att metan har en livstid på flera hundra år innan det bryts ned av solens strålning, så det faktum att det detekteras på Mars tyder på att det har släppts ut i atmosfären nyligen – även om själva gasen genererades för miljarder år sedan.
Metanmysteriet på Mars har haft många vändningar de senaste åren med både oväntade upptäckter och icke-detekteringar. Tidigare i år rapporterades det att ESA:s Mars Express hade upptäckt en signatur som matchade en av Curiositys upptäckter inifrån Gale Crater.
En spik nyligen av Curiosity, uppmätt den 19 juni 2019, och den högsta hittills på 21 ppbv, lägger till mysteriet eftersom preliminära analyser tyder på att Mars Express inte upptäckte några vid detta tillfälle. (För jämförelse, koncentrationen av metan i jordens atmosfär är cirka 1800 ppbv, vilket betyder att för varje miljard molekyler i en given volym, 1800 är metan.)
Mars Express-mätningarna togs på Mars dagtid cirka fem timmar efter Curiositys nattmätningar; data som samlats in av Mars Express under en dag innan avslöjade inte heller några signaturer. Under tiden hade Curiositys avläsningar återgått till bakgrundsnivåer när ytterligare mätningar gjordes under de följande dagarna.
Mättekniken Mars Express gör att data kan härledas ända ner till marsytan med dess detektionsgräns runt 2 ppbv.
ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter (TGO), den känsligaste detektorn för spårgaser på Mars, upptäckte inte heller något metan när han flög i närheten inom några dagar före och efter Curiositys upptäckt.
Den här grafiken visar några av de möjliga sätten på vilka metan kan tillsättas eller avlägsnas från atmosfären. En spännande möjlighet är att metan genereras av mikrober. Om begravd under jorden, denna gas kan lagras i gitterstrukturerade isformationer som kallas klatrater, och släpps ut i atmosfären vid ett mycket senare tillfälle. Metan kan också genereras genom reaktioner mellan koldioxid och väte (som, i tur och ordning, kan produceras genom reaktion av vatten och olivinrika stenar), genom djup magmatisk avgasning eller genom termisk nedbrytning av forntida organiskt material. På nytt, detta kan lagras under jord och gasas ut genom sprickor i ytan. Metan kan också fastna i fickor med grund is, som säsongsbetonad permafrost. Ultraviolett strålning kan både generera metan – genom reaktioner med andra molekyler eller organiskt material som redan finns på ytan, som att kometdamm faller på Mars – och bryter ner det. Ultravioletta reaktioner i den övre atmosfären (över 60 km) och oxidationsreaktioner i den nedre atmosfären (under 60 km) verkar för att omvandla metan till koldioxid, väte och vattenånga, och leder till en livstid för molekylen på cirka 300 år. Metan kan också snabbt distribueras runt planeten genom atmosfärisk cirkulation, späder ut sin signal och gör det utmanande att identifiera enskilda källor. På grund av molekylens livslängd när man överväger atmosfäriska processer, alla upptäckter idag innebär att det har släppts relativt nyligen. Kredit:European Space Agency
I allmänhet, TGO kan mäta på delar per biljon nivåer och nå ner till cirka 3 kilometers höjd, men det kan bero på hur dammig atmosfären är. När mätningar gjordes på låga breddgrader den 21 juni 2019, atmosfären var dammig och molnig, vilket resulterar i mätningar som når 20-15 km över ytan med en övre gräns på 0,07 ppbv.
Den globala bristen på metan som registrerats av TGO bidrar till det övergripande mysteriet, och att bekräfta resultaten av de olika instrumenten håller alla team sysselsatta.
"Att ta resultaten tillsammans tyder på att den senaste spetsen som mättes av Curiosity var mycket kortlivad - mindre än en marsdag - och troligen lokal, säger Marco Giuranna, huvudforskare för Planetary Fourier Spectrometer ombord på Mars Express som används för att detektera metan.
"Curiosity mätte metanet på natten, och om den släpptes vid den tiden, vi förväntar oss att den har varit instängd nära ytan fram till soluppgången innan den snabbt blandas och transporteras bort. Som ett resultat, det skulle inte finnas någon chans för det att upptäckas av Mars Express eller TGO.
"Som jämförelse, spiken vi sammätade 2013 måste ha varit av längre varaktighet eller mer intensiv vid dess källa – som vi tror var utanför Gale Crater – så att den kunde upptäckas av vårt instrument på Mars Express också."
Teamen fortsätter att undersöka påverkan av atmosfärisk cirkulation mellan dag och natt, och om platsen för Curiosity inuti en nedslagskrater spelar en roll. De studerar också hur metan förstörs, ifall gasen återigen absorberas av ytbergarter innan den cirkuleras mer ut i atmosfären.
"Att kombinera observationer från ytan och från omloppsbana med framtida koordinerade observationer kommer att hjälpa oss att förstå beteendet hos metan i atmosfären, med icke-detekteringar som den från TGO som ger övre gränser, begränsningar och viktiga sammanhang, tillägger Håkan Svedhem, ESA:s TGO-projektforskare.
