Tientallen jaren van zoekopdrachten zijn eindelijk met succes bekroond: wetenschappers staan op het punt te ontrafelen waar koolstof in de bodem en de atmosfeer van de rode planeet verscheen.
Zes jaar na het begin van de werkzaamheden bij Gale Crater op het oppervlak van Mars, deed de Curiosity rover misschien wel de belangrijkste ontdekking in de zoektocht naar tekenen van leven: het rotsachtige oppervlak van de rode planeet wemelt van de organische moleculen en van tijd tot tijd sijpelt er zelfs gas in de ijle atmosfeer. methaan is de eenvoudigste van organische moleculen. Ter vergelijking: op aarde vormen koolstofhoudende stoffen de basis van het leven.
Beide ontdekkingen werden gedaan tijdens de analyse van monsters verzameld door Curiosity. Bij SAM, het miniatuurchemielaboratorium van de rover, ook wel een 'oven' genoemd, worden kleine fragmenten van lucht, steen en aarde 'geroosterd' om op moleculair niveau te worden bestudeerd. Zo werd in de monsters van oude mudstone een grote verscheidenheid aan organische moleculen gevonden. Een andere studie, die maar liefst vijf jaar duurde, vond regelmatige fluctuaties in methaan in de atmosfeer van Mars. De piek in emissies was in de zomer op Mars. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science.
Maar hoe ze ook tot de verbeelding spreken, de conclusies over het verleden, het heden en het toekomstige leven op Mars zijn nog niet definitief - methaan wordt overal in de atmosfeer van de gasreuzen aangetroffen. En dit spreekt allerminst over de aanwezigheid van leven: methaan wordt gevormd door een banale interactie tussen stromend water en verwarmde stenen. Bovendien is het bekend dat andere eenvoudige organische moleculen worden aangetroffen in sommige meteorieten en interstellaire gaswolken. “Het is buitengewoon moeilijk om het bestaan van leven op Mars wetenschappelijk te bewijzen. Hiervoor moet letterlijk een foto van het fossiel worden getoond”, zegt Chris Webster, chemicus bij Jet Propulsion Laboratory en hoofdauteur van methaanonderzoek.
Waar is de koolstof van Mars gebleven?
Alleen al de aanwezigheid van organische moleculen op Mars is niet verrassend. Net als elke andere planeet in ons zonnestelsel ontvangt Mars regelmatig zijn aandeel van koolstofrijke micrometeorieten en kosmisch stof. Het Viking-ruimtevaartuig van NASA, dat in 1976 op de rode planeet landde, deed echter een sensationele ontdekking: het bleek dat er nog minder koolstof in de bodem van Mars zit dan in levenloze maanrotsen. "Dit was een grote verrassing", legt astrobioloog Caroline Freissinet uit, co-auteur van de Curiosity argillite-studie en onderzoeker aan het Laboratorium voor Atmosferisch en Ruimteonderzoek in Frankrijk. "Helaas leidde dit tot de ineenstorting van het hele Mars-programma."
Sindsdien zijn wetenschappers ijverig op zoek naar koolstof op Mars - of in ieder geval moeite om uit te leggen waarom het niet wordt gevonden. Het belangrijkste vermoeden kwam in 2008 toen NASA's Phoenix-lander perchloraatzouten, zeer reactieve chloorhoudende moleculen, vond in grondmonsters die nabij de noordpool van Mars waren genomen. In combinatie met helder ultraviolet licht en kosmische straling uit de ruimte, vernietigen perchloraten alle organische materie op het oppervlak, waardoor er zelfs voor de gevoelige sensoren van Mars-rovers geen bewijs achterblijft. Misschien hebben sommige onderzoekers gesuggereerd dat de resterende organische stof van Mars - en dus alle tekenen van verleden of heden - in de diepte schuilgaat.
Promotie video:
In 2015 kwam Curiosity echter dicht bij het bewijs van het bestaan van organische moleculen op Mars toen het bodemmonsters verhitte tot 800 graden Celsius in een oven en sporen ontdekte van met chloor verontreinigde koolstofverbindingen. Aan het begin van de Mars-missie ontdekten wetenschappers echter een lek van koolstofhoudende chemicaliën uit een aantal onderdelen van de "oven" zelf, wat tot verontreiniging van de monsters zou kunnen leiden. Om vervuiling tegen te gaan, concentreerde het Curiosity-team zich op het vinden van andere monsters van chloorhoudende organische stoffen, terwijl tegelijkertijd de temperatuur van de "oven" werd verlaagd - tijdens de daaropvolgende runs werd deze slechts tot 400 graden verwarmd.
Voordat het team aan een nieuwe taak begon, zorgde het ervoor dat er deze keer niets over het hoofd werd gezien. Nadat ze het niveau van de achtergrondvervuiling opnieuw hadden gecontroleerd, 'bakten' Fressinet en haar collega's monsters van drie miljard jaar oude mudstones bij een temperatuur van 500 graden Celsius - de perchloraten zijn volledig uitgebrand. Thiofenen, relatief kleine en eenvoudige ringvormige moleculen die zowel koolstof als zwavel bevatten, werden in de as aangetroffen. De laatste lijkt afkomstig te zijn van een zwavelrijk mineraal genaamd jarosiet. Eerder ontdekte Curiosity zijn 3,5 miljard jaar oude afzettingen in Gale Crater - blijkbaar vormden ze zich in een tijd dat de nog steeds koude krater gevuld was met water en geschikt was voor leven. Wetenschappers vermoeden dat de koolstof in thiofeen afkomstig is van nog niet geïdentificeerde, maar grotere moleculen,miljarden jaren bewaard in jarosiet.
Ondanks de controverse over de ontdekking, gelooft George Cody, een geochemicus aan het Carnegie Institute of Science die niet bij het onderzoek betrokken was, dat dit een gigantische stap voorwaarts is. De aanwezigheid van deze grotere moleculen, zegt hij, suggereert de aanwezigheid van goed bewaarde koolstofafzettingen die verborgen zijn onder het oppervlak van Mars. Dergelijke vooruitzichten bieden volgens hem een wetenschappelijke basis voor de komende missies om monsters te verzamelen en terug te sturen naar de aarde. "Als dit op Mars kan worden gedaan, stel je dan eens voor wat er kan worden bereikt in terrestrische laboratoria", zegt hij.
Seizoenen en schommelingen in methaan
Ondertussen heeft de Curiosity-rover gemaakt wat volgens Webster de belangrijkste methaanmetingen in de geschiedenis zijn. Dit koolstofhoudende gas is van cruciaal belang omdat het meeste methaan op aarde wordt geproduceerd door methanogene microben die zelfs in zuurstofarme omgevingen overleven. Bovendien wordt methaan snel vernietigd door ultraviolette straling, dus elke vondst op Mars is hoogstwaarschijnlijk "vers" - het gas is pas onlangs vrijgelaten. Met behulp van de "oven" vonden Webster en zijn collega's een constant achtergrondniveau van methaan in de atmosfeer boven Gale Crater. In de afgelopen vijf jaar was dat ongeveer 0,4 delen per miljard. En hoewel deze hoeveelheid nauwelijks waarneembaar is, zijn astrobiologen er al in geïnteresseerd. Het is opmerkelijk dat het methaanpeil fluctueert met de seizoenen van Mars: in zonnige zomer is het gehalte drie keer hoger,dan een koude en donkere winter.
Voor Webster is deze periodiciteit misschien wel de meest opwindende van zijn ontdekkingen. Eerder werden op Mars alleen aanwijzingen gevonden voor accidentele, maar geen seizoensemissies. 'Stel je voor dat je auto troep is. Totdat het probleem zich opnieuw voordoet, weet je nooit wat er aan de hand is”, legt Webster uit. Hij en zijn collega's speculeren dat methaan afkomstig kan zijn uit diepgewortelde watervoerende lagen: in de zomer smelten ze, komt er water vrij en wordt vers gas gevormd. Volgens een andere versie zijn deze stoffen oud en werden ze miljarden jaren geleden gevormd in de loop van verschillende geologische en biologische processen. Daarna bevroren ze in matrices van ijs en stenen en vallen alleen op tijdens het ontdooien, tegen zonlicht. En tot slot is er een mogelijkheid dat de methanogenen van Mars tot op de dag van vandaag in de ingewanden van de planeet sluimeren,periodiek wakker worden en een karakteristiek gas produceren waarmee ze kunnen worden geïdentificeerd.
Andere wetenschappers, die niet aan het onderzoek hebben deelgenomen, beoordelen de betekenis van de resultaten voor de zoektocht naar leven op Mars dubbelzinnig. Michael Mumma, een astrobioloog bij het Goddard Space Flight Center, zegt dat metingen cruciaal zijn omdat ze direct bewijs leveren voor zijn eigen waarnemingen. Eerder schreef hij over methaanemissies op Mars, die hij ontdekte met behulp van aardse telescopen - hoewel wetenschappers in kringen zijn ontdekking met ongeloof aanvaardden.
Planetoloog Marc Fries, die toezicht houdt op de verzameling kosmisch stof in het Lyndon Johnson Space Center, was sceptisch over de recente ontdekkingen van Curiosity. Koolstofrijke meteorieten en kosmisch stof dat de atmosfeer van Mars binnendringt, kunnen de bron zijn van de genoemde hoeveelheden methaan, zei hij. Hij benadrukt ook dat de seizoensgebonden periodiciteit niet geheel consistent is met de seizoenen van Mars. "Een rigoureuze, op bewijzen gebaseerde aanpak op basis van het beschikbare bewijs gaat ervan uit dat Mars altijd levenloos is geweest en blijft", zegt Freese. "Zelfs het naar voren brengen van de tegenovergestelde hypothese vereist sterk bewijs." Binnenkort zal deze hypothese kunnen worden getest door de gegevens van de gezamenlijke missie van de EU en Rusland "Exomars Trace Gas Orbiter". Dit ruimtevaartuig draait sinds 2016 in een baan om Mars en toont concentraties van methaan en andere gassen van bovenaf.
Webster, op zijn beurt, zegt dat geen van de mogelijke verklaringen de voorkeur geniet totdat de definitieve conclusies zijn getrokken. Geleidelijk voorwaarts gaat NASA's benadering van Mars-verkenning, merkt Fressinet op: "Stap voor stap, missie voor missie."
Adam Mann
