Op dinsdag 16 december 2014 kondigden NASA-wetenschappers die de Amerikaanse Geophysical Union Fall Meeting in San Francisco bijwoonden, de detectie van organische verbindingen op Mars aan. De aankondiging vertegenwoordigt de ontdekking van het ontbrekende 'ingrediënt' dat nodig is voor het bestaan - verleden of heden - van leven op Mars.
Inderdaad, de buitengewone claim vereiste buitengewoon bewijs - de beroemde bewering van Dr. Carl Sagan. De wetenschappers, leden van de missie Mars Science Lab - Curiosity Rover -, hebben gedurende een periode van 20 maanden gewerkt aan het bemonsteren en analyseren van atmosferische en oppervlaktemonsters van Mars om tot hun conclusies te komen. De aankondiging komt voort uit twee afzonderlijke detecties van organische stoffen: 1) tienvoudige pieken in atmosferische methaangehalten en 2) boormonsters van een rots genaamd Cumberland die complexe organische verbindingen bevatte.
Methaan, van de eenvoudigste organische verbindingen, werd gedetecteerd met behulp van de Sample Analysis at Mars-instrument (SAM). Dit is een van de twee compacte laboratoriuminstrumenten ingebed in de compacte auto-rover Curiosity. Al snel na de landing op Mars begonnen de wetenschappers SAM te gebruiken om de chemische inhoud van de atmosfeer van Mars periodiek te meten. Bij veel monsters was het methaangehalte zeer laag, ~ 0,9 delen per miljard. Maar dat veranderde plotseling en, zoals wetenschappers op de persconferentie zeiden, het was een 'wauw'-moment dat hen verbaasde. Er werden korte dagelijkse pieken in methaangehaltes van gemiddeld 7 delen per miljard gedetecteerd.
De detectie van methaan op Mars wordt al decennia beweerd, maar meer recentelijk, in 2003 en 2004, hebben onafhankelijke onderzoeksteams die gevoelige spectrometers op aarde gebruiken methaan in de atmosfeer van Mars gedetecteerd. De ene groep onder leiding van Vladimir Krasnopolsky van de Katholieke Universiteit, en een andere onder leiding van Dr. Michael Mumma van het NASA Goddard Space Flight Center, ontdekte brede regionale en temporele niveaus van methaan van wel 30 delen per miljard. Deze aankondigingen stuitten op veel scepsis van de wetenschappelijke gemeenschap. En de eerste atmosferische metingen door Curiosity waren negatief. Geen van beide groepen trok zich echter terug van hun beweringen.
De plotselinge detectie van tienvoudige pieken in methaanniveaus in de Gale-krater is niet in strijd met de eerdere metingen op afstand vanaf de aarde. De hoge seizoensconcentraties waren in regio's waar Gale Crater niet is opgenomen, en het blijft mogelijk dat de nieuwsgierigheidsmetingen van vergelijkbare aard zijn, maar vanwege een minder actief proces dan in de regio's die zijn geïdentificeerd door het team van Dr. Mumma.
De NASA-wetenschappers van AGU onder leiding van MSL-projectwetenschapper Dr. John Grotzinger benadrukten dat ze nog niet weten hoe het methaan wordt gegenereerd. Het proces kan biologisch zijn of niet. Er zijn abiotische chemische processen die methaan kunnen produceren. De MSL SAM-detecties waren echter dagelijkse pieken en vertegenwoordigen een actief echt continu proces op de rode planeet. Dit alleen is al een heel opwindend aspect van de detectie.
Het team presenteerde dia's om te beschrijven hoe methaan gegenereerd kon worden. Met de bekende lage achtergrondniveaus van methaan op ~ 1 deel per miljard, zou een externe kosmische bron, bijvoorbeeld micro-meteoroïden die de atmosfeer binnendringen en organische stoffen afgeven die vervolgens door zonlicht worden gereduceerd tot methaan, kunnen worden uitgesloten. De methaanbron moet van lokale oorsprong zijn.
De wetenschappers illustreerden twee productiemiddelen. In beide gevallen is er een dagelijkse of althans periodieke activiteit die methaan vrijmaakt uit de ondergrond van Mars. De bron kan biologisch zijn, die zich ophoopt in ondergrondse gesteenten en vervolgens plotseling wordt vrijgegeven. Of een abiotische chemie, zoals een reactie tussen het mineraal olivijn en water, kan de generator zijn.
Het ondergrondse opslagmechanisme van voorgesteld en geïllustreerd methaan wordt clathraatopslag genoemd. Clathraatopslag omvat roosterverbindingen die moleculen zoals methaan kunnen vasthouden die vervolgens kunnen worden vrijgegeven door fysieke veranderingen in het clathraat, zoals zonneverwarming of mechanische spanningen. Door middel van Q&A in de pers verklaarden de NASA-wetenschappers dat dergelijke clathrates miljoenen en miljarden jaren onder de grond kunnen worden bewaard.
De tweede ontdekking van organische stoffen betrof complexere verbindingen in oppervlaktematerialen. Ook sinds aankomst op Mars heeft Curiosity een boorgereedschap gebruikt om de binnenkant van rotsen te onderzoeken. Grotzinger benadrukte hoe materiaal direct aan het oppervlak van Mars de effecten van straling en de alomtegenwoordige bodemverbinding perchloraat heeft ervaren, waardoor organische stoffen nu en in de loop van miljoenen jaren worden vernietigd en vernietigd. De detectie van geen organische stoffen in los en blootliggend oppervlaktemateriaal had de hoop van NASA-wetenschappers om organische stoffen in de rotsen van Mars te detecteren niet verminderd.
Er werd geboord op verschillende geselecteerde rotsen en uiteindelijk was het een moddergesteente genaamd Cumberland die de aanwezigheid van complexere organische verbindingen dan eenvoudig methaan aan het licht bracht. De wetenschappers benadrukten wel dat wat deze organische verbindingen precies zijn, een mysterie blijft vanwege de verwarrende aanwezigheid van de actieve chemische stof perchloraat die organische stoffen snel kan afbreken tot eenvoudigere vormen.
Voor de detectie van organische stoffen in het moddergesteente Cumberland was het boorgereedschap en ook de schep op de veelzijdige robotarm nodig om het monster voor analyse naar het SAM-laboratorium te brengen. Om methaan te detecteren, heeft SAM een inlaatklep om atmosferische monsters op te vangen.
Dr. Grotzinger beschreef hoe Cumberland als monsterbron werd gekozen. De rots wordt een moddersteen genoemd die een proces heeft ondergaan dat digenese wordt genoemd - de metamorfose van sediment naar rots. Grotzinger benadrukte dat vloeistoffen tijdens digenese door dergelijk gesteente zullen bewegen en dat perchloraat daarbij organische stoffen kan vernietigen. Dit kan het geval zijn voor veel metamorfe gesteenten op het oppervlak van Mars. Het panel van wetenschappers toonde een vergelijking tussen gesteentemonsters gemeten door SAM. Twee in het bijzonder - van de rots “John Klein” en de Cumberland-rots - werden vergeleken. De eerste vertoonde geen organische stoffen en ook andere gesteenten die werden bemonsterd; maar Cumberland's boormonster uit het interieur onthulde organische stoffen.
De analyse van het werk was nauwgezet - terugkomend op de verklaring van Sagan. Het belang van het ontdekken van organische stoffen op Mars kon niet worden onderschat door het panel van wetenschappers en Grotzinger noemde deze twee ontdekkingen de blijvende erfenis van de Mars Curiosity Rover. Verder verklaarde hij dat de ontdekkings- en analysemethoden ver zullen gaan om de keuze van instrumenten en hun gebruik tijdens de Mars 2020-rovermissie te sturen.
De ontdekking van organische stoffen voltooit de noodzakelijke set van "ingrediënten" voor het vorige of huidige leven op Mars: 1) een energiebron, 2) water en 3) organische stoffen. Dit zijn de basisvereisten voor het bestaan van leven zoals wij dat kennen. De zoektocht naar leven op Mars is nog maar net begonnen en de nieuwe ontdekkingen van organische stoffen zijn nog steeds geen duidelijk teken dat het leven bestond of vandaag aanwezig is. Desalniettemin benadrukten Dr. Jim Green, die het panel van wetenschappers introduceerde, en Dr. Grotzinger allebei de omvang van deze ontdekkingen en hoe ze verband houden met de doelstellingen van het NASA Mars-programma - vooral nu met de nadruk op het sturen van mensen naar Mars. Voor de Mars Curiosity-rover gaat de reis naar de hellingen van Mount Sharp verder en nu met grotere ernst en een voortdurende zoektocht naar rotsen die vergelijkbaar zijn met Cumberland.
Referenties:
