Methan? Fehlanzeige.

Gibt es nennenswerte Mengen von Methan in der Marsatmosphäre? Aktuelle Messungen des ExoMars Trace Gas Orbiters werfen neue Fragen auf.

25. April 2019

Vor etwa einem Jahr begann die Raumsonde ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), ein gemeinsames Projekt der europäischen und russischen Weltraumagenturen, mit  wissenschaftlichen Messungen aus der Umlaufbahn des Mars. Seitdem hat die Sonde kein Methan in der Atmosphäre unseres Nachbarplaneten entdeckt. Von diesem Ergebnis berichten die Teams zweier TGO-Instrumente, zu denen auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) zählen, im Fachmagazin Nature. Die neuen Messdaten sind eine Überraschung. Besonders da der NASA-Marsrover Curiosity in der Vergangenheit wiederholt Methan in Bodennähe gefunden hatte, rechneten viele Forscherinnen und Forscher damit, das Gas auch in der übrigen Atmosphäre nachweisen zu können. Methan gilt als möglicher Indikator für Leben auf dem Mars.

Erste Ergebnisse des ExoMars Trace Gas Orbiters

Mit mehr als 95 Prozent ist Kohlenstoffdioxid der Hauptbestandteil der Marsatmosphäre, gefolgt von kleinen Mengen von Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid und weiteren Spurengasen. Ob zu letzteren auch Methan zählt und in welcher Konzentration, ist eine der meistdiskutierten Fragen der Marsforschung. Da das Methan in der Erdatmosphäre in erster Linie von Mikroorganismen am Boden erzeugt wird, liegt der Gedanke nahe, das Gas auf unserem Nachbarplaneten könne ebenfalls einen biologischen Ursprung haben. Allerdings kämen auch andere Quellen in Frage, etwa bestimmte geochemische Reaktionen im Marsgestein.

Die ersten Funde von Methan in der Marsatmosphäre liegen etwa 16 Jahre zurück. In den Folgejahren bestätigten sowohl bodengebundene Untersuchungen als auch Messungen der ESA-Raumsonde Mars Express die Entdeckung. Auch der NASA-Rover Curiosity, der sich seit 2012 einen Weg durch den Gale-Krater bahnt, wurde fündig: In Bodennähe schwankt die Methankonzentration dort demnach ständig zwischen 0,24 und 0,65 ppb (Teile pro Milliarde).

„Setzt man unser bisheriges Verständnis der Atmosphärenchemie des Mars voraus, hat Methan dort eine Lebensdauer von einigen hundert Jahren“, erklärt MPS-Wissenschaftler Dr. Paul Hartogh, der zum Team des TGO-Instruments ACS (Atmospheric Chemistry Suite) gehört. Vor allem der Einfall ultravioletter Strahlung und Reaktionen mit dem Hydroxylradikal tragen zum Abbau von Methan bei. Methan, das in Bodennähe entsteht, müsste sich wegen seiner chemischen Stabilität nach und nach gleichmäßig über die gesamte Marsatmosphäre verteilen und selbst in großer Höhe messbar sein.

Die aktuellen Daten der Instrumente NOMAD und ACS (Atmospheric Chemistry Suite) an Bord von TGO zeichnen allerdings ein anderes Bild: Trotz der hohen Empfindlichkeit der Messungen, die Konzentrationen von 0,05 ppb aufspüren können, wurden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht fündig.

Marsforscherinnen und –forscher suchen nun nach Möglichkeiten, die scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse von TGO und Curiosity zu versöhnen. So wäre es beispielsweise denkbar, dass ein bisher unbekannter Mechanismus in der Marsatmosphäre am Werk ist und dort Methan abbaut. Andere Erklärungen blicken genauer auf die Messdaten von Curiosity. Weist tatsächlich der gesamte Gale-Krater dieselbe Methankonzentration auf, die der Rover gemessen hat? Nur dann müsste auch ACS das Gas aufspüren können. Oder müssen die Daten deutlich lokaler interpretiert werden? So gab es etwa Befürchtungen, Curiosity selbst könnte Methan ausgedünstet haben. In diesem Fall dürften die Methanmengen, welche die übrige Atmosphäre erreichen, deutlich unter der Nachweisgrenze von TGO liegen.

MPS-Wissenschaftler Paul Hartogh bringt eine weitere Erklärung ins Spiel: Möglicherweise gibt es unter der Regolithschicht am Boden des Gale-Kraters Methanhydrate, wie sie beispielsweise in Permafrostböden der Arktis auf der Erde vorkommen. Diese könnten mit anderen Gasen und Materialien im Marsboden vermischt sein. Wird das Methan freigesetzt, könnte es ins Marsregolith diffundieren und dort angelagert werden. Der Druck des darüber fahrenden Rovers könnte das Gas dann freisetzen. Die Gesamtmengen wären zu gering, um sie mit TGO aufzuspüren.

Nichtsdestotrotz wird der Gale-Krater Ziel künftiger Methanmessungen von TGO sein.

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