Liv eller geologi bak aktivitet på Mars?

Av Erik Tronstad

En forskergruppe i USA har gjort sikre observasjoner av metan i atmosfæren på Mars. Metanet må enten komme fra levende organismer eller geologisk aktivitet.

Fargekodet kart som viser konsentrasjonen av metan på Mars da det var sommer på Mars' nordlige halvkule i 2003. Fargeskalaen under viser styrken på konsentrasjonene. Tallet 30 betyr at blant én milliard gassatomer, er det 30 som er metan. Tettheten av metan er følgelig svært liten i forhold til den dominerende gassen i Mars-atmosfæren, karbondioksid. Selv om tettheten av metan er liten, er det tusenvis av tonn av denne gassen. Og noe må ha produsert den. (Trent Schindler/NASA)

Observasjonene som nå er blitt kjent, ble gjort i 2003. En forskergruppe under ledelse av Michael Mumma (NASAs Goddard Space Flight Center) observerte da store skyer med metan på Mars' nordlige halvkule. En av skyene inneholdt om lag 19 000 tonn metan. Mumma sier at midtsommers på den nordlige halvkulen frigjøres betydelige mengder med metan fra Mars-overflaten.

For astrobiologer, forskere som ser på mulighetene for liv utenfor Jorden, er dette en svært interessant observasjon. Mye av metanet i jordatmosfæren kommer nemlig fra en spesiell type bakterier som skiller ut metan som et avfallsprodukt. Metan frigis imidlertid også ved vulkansk aktivitet.

Forskerne har ingen observasjoner som tyder på at det er noen form for vulkansk aktivitet på Mars i dag. At det har vært slik aktivitet tidligere, er sikkert. Det ser man fra de mange utdødde vulkankjeglene på planeten.

Den sikre påvisningen av store utslipp av metan i Mars-atmosfæren reiser derfor med full tyngde spørsmålet om det kan være levende organismer der.

Tenkt fremstilling av hvordan mikroorganismer (vist som avlange, gjennomsiktige strukturer) kan tenkes å produsere metan (blå kuler) under Mars-overflaten. (Susan Twardy/NASA)

Dersom metanet på Mars kommer fra mikroorganismer, befinner de seg sannsynligvis langt (minst flere meter) under overflaten. De må være i områder der det kan tenkes å være flytende vann. Flytende vann kan ikke eksistere på Mars-overflaten, fordi trykket i atmosfæren er for lavt.

På Jorden finnes det mikroorganismer for eksempel 2-3 km under Witwatersrand-bassenget i Syd-Afrika. Naturlig radioaktivitet deler der vannmolekyler til molekylært hydrogen (H₂) og oksygen. Organismene bruker hydrogen som energikilde.

Man kan tenke seg en tilsvarende situasjon på Mars. Mikroorganismer kan ha overlevd i milliarder av år under laget med permafrost i Mars-overflaten. Der kan det tenkes av vann er i flytende form, at radioaktiv stråling gir energi og at karbondioksid er en kilde til karbon. Et metanmolekyl består av ett karbonatom og fire hydrogenatomer.

Mikrober som produserte metan fra hydrogen og karbondioksid, var blant de aller første formene for liv som oppstod på Jorden. Om liv noen gang har eksistert på Mars, kan det tenkes at disse organismene kan ha hatt et stoffskifte som innebar å produsere metan fra vann og karbondioksid.

Metan kan også dannes ved ikke-biologiske, geologiske prosesser. Et eksempel er når jern omdannes til rust (oksideres). Da produseres metan som et biprodukt.

På Mars har metan en forholdsvis kort levetid i atmosfæren, fordi andre prosesser bryter ned metanet og omdanner gassen til andre stoffer. Mumma sier at da de så at det dukket opp store mengder metan på Mars' nordlige halvkule i 2003, tyder det på at gassen nylig var sluppet ut fra en eller annen kilde. I og med at metan raskt brytes ned på Mars, kan det observerte metanet ikke ha vært lenge i atmosfæren.

Uansett om metanet er produsert av biologiske eller geologiske mekanismer, eller begge, så vet man ikke om gassen er produsert nylig. Det kan tenkes at metanet er produsert for lenge siden i underjordiske reservoarer på Mars og slipper ut sommerstid. Kanskje blokkeres sprekker i overflaten av permafrost om vinteren. Når våren og sommeren kommer, fordamper noe av dette vannet, sprekkene åpner seg og metan slipper ut fra underjordiske reservoarer. Metanskyene som er observert på denne måten, ble alle sett da det var vår og sommer i områdene de befant seg i.

Tenkt fremstilling av hvordan geologisk aktivitet kan tenkes å produsere metan under Mars-overflaten. I venstre del ser vi inn under Mars-overflaten. Øverst er et (grålig) lag med permafrost. Nedenfra kommer varme, her lava, opp. Varmen gir flytende vann (blå årer). Disse prosessene danner metan. Metanet strømmer ut av skråningen som går diagonalt midt på bildet. Der ser vi metanet drive som en grønnlig sky mot høyre ute i atmosfæren. (Susan Twardy/NASA)

Merkelig nok så Mumma og medarbeiderne hans at noen av metanskyene inneholdt vanndamp, mens andre ikke gjorde det.

Metanskyene opptrer over områder der det på overflaten er spor som viser at det tidligere har vært is i bakken eller at det har strømmet vann der. For eksempel så de metanskyer over områder som øst for Arabia Terra, over Nili Fossae-området og over den sydøstlige delen av Syrtis Major. Sistnevnte er en gammel vulkan med en diameter på 1200 km.

Fordelingen av metanskyer over deler av Mars. Kartutsnittet går fra 60° N (øverst) til 30° S (nederst) og fra 330° V (nede til venstre) og til 270° V (nede til høyre). Rødt angir områder med høyest konsentrasjon av metan. (NASA)

I tillegg til biologisk og geologisk aktivitet, er det en tredje mulig kilde for metan på Mars. Det er nedslag av meteoroider eller kometkjerner. Forskerne anslår imidlertid at meteoroider høyst kan forklare 1 % av den metanmengden som nå er observert.

Om metanet kom fra en kometkjerne, måtte den ha hatt en diameter på flere kilometer og måtte ha truffet Mars i løpet av de siste få hundre år. Krateret fra et slikt nedslag ville man ha kjent til fra observasjoner gjort med romfartøyer.

Når metan kommer opp i atmosfæren, vil det spres utover med vinder. Mumma og kollegene hans ser ikke tegn til at det skjer. Metanet de har observert, er konsentrert i gasskyer over bestemte områder. Det tyder på at metanet brytes ned før metanet i disse skyene rekker å fordele seg jevnt utover i hele Mars-atmosfæren.

Det er mange måter å ødelegge metan på. En mulighet er kraftige oksidanter på Mars, som for eksempel perklorat. Dette er en oksidant som Phoenix så tegn til (se Oppstuss rundt Phoenix-analyser (eRomfart 2008-098)).

I dag er det ikke mulig å si om metanet fra Mars har biologisk eller geologisk opphav, eller begge deler. Flere og nye observasjoner må til.

Om metanet skyldes vulkansk aktivitet, skulle man forvente å se også gasser som etan, propan og svoveldioksid. Svoveldioksid har Mumma og kollegene hans ikke greid å observere. Om metanet kommer fra mikroorganismer, vil man samtidig forvente å se også en del andre gasser som bare kommer fra biologisk aktivitet. Ennå er man ikke i stand til å observere slike.

NASAs neste Mars-kjøretøy, Mars Science Laboratory (MSL), skal ha med et instrument som kan gjøre svært følsomme analyser av metan. Oppskytingen av MSL ble nylig utsatt til 2011 (se Mars Science Laboratory utsatt i to år (eRomfart 2008-149)). MSL vil greie å skille og analysere mengdene av forskjellige typer metan. Det kan gi viktige bidrag til å avgjøre om metanet på Mars har biologisk eller geologisk opprinnelse.

Metan består altså av fire hydrogenatomer og ett karbonatom. Hydrogen forekommer som vanlig hydrogen (der det er ett proton og ett nøytron i atomkjernen), deuterium (med ett proton og to nøytroner i kjernen) og tritium (med ett proton og tre nøytroner i kjernen). Det meste av metanet inneholder «vanlige» hydrogenatomer. Mindre mengder av metanet inneholder imidlertid også andre hydrogenatomer. Levende organismer «foretrekker» «vanlig» hydrogen. Ved å analysere hvor mye det finnes av ulike typer metan, kan MSL gi en pekepinn på om metanet på Mars har biologisk eller geologisk opphav.

Metanobservasjonene kan nå komme til å få betydelig innvirkning på valg av landingssted for MSL. Da MSL ble utsatt, satt NASA igjen med fire kandidater til landingssteder. Like før hadde NASA eliminert blant annet Nili Fossae, der det nå er observert metan, som landingssted for MSL. Årsaken er at Nili Fossae ligger for høyt for landingssystemet til MSL.

Bilde i falske farger av geologiske strukturer i Nili Fossae. Et instrument i ESAs Mars Express har i Nili Fossae påvist store mengder med leireholdige mineraler på overflaten. Disse er senere også kartlagt med et instrument i Mars Reconnaissance Orbiter. På bildet ovenfor er oransje områder rike på leire. Leirmineraler har en mineralstruktur som inneholder vann og kan tenkes å bevare organiske materialer. Dette området er derfor meget interessant for forskere som studerer hvordan Mars var før og forhold som da kan tenkes å ha understøttet liv. Oppdagelsen av metan over Nili Fossae gjør dette området enda mer interessant for de som ser etter tegn til fortidig eller nåtidig liv på Mars. Blågrønne områder er bergarter med store mengder av mineralet pyroksin. Bildet ble tatt 24. mars 2007 med høyoppløsningskameraet til Mars Reconnaissance Orbiter. (NASA/JPL/University of Arizona)

I de to årene frem til oppskyting av MSL kommer NASA til å ta en mer detaljert gjennomgang av hva landingssystemet til MSL kan greie. Likeledes vil man se om det kan bli aktuelt å lande i et annet område der det er observert metan.

De omtalte observasjonene av metan er gjort fra Jorden, nærmeste bestemt Mauna Kea på Hawaii. Mumma og kollegene hans har der brukt det ene av de to store Keck-teleskopene og NASAs Infrared Telescope Facility.

Mumma og kollegene hans så de første tegnene til metan på Mars i 1999. Så sterkere tegn i 2001. Først i 2003 gjorde man observasjoner som var så sterke at man var sikker på at man så metan på Mars.

NASA har for tiden to aktive romfartøyer i Mars-bane, Mars Odyssey og Mars Reconniassance Orbiter. Ifølge Mumma har ingen av dem instrumenter som er egnet til å observere metan. Det har derimot ESAs Mars Express, som da også har observert metan i Mars-atmosfæren. Mumma sier at Mars Express kan observere metan, men er dårlig egnet til å måle variasjoner i metanmengden over tid.

Du kan lese om metanobservasjoner fra Mars Express og mer om hvordan metan kan produseres og nedbrytes på Mars i de to artiklene Mars Express har påvist metan i Mars-atmosfæren (eRomfart 2004-092) og Sammenfallende fordeling av vanndamp og metan i Mars-atmosfæren (eRomfart 2004-175).