Curiosity findet organische Substanzen in Gesteinsproben auf dem Mars

Der Bohrer an Bord des Marsrovers Curiosity bohrte ein Loch in den Stein namens Cumberland. Die Analyse des Gesteinspulvers belegte die Präsenz organischer Substanzen, die noch nicht genau identifiziert wurden. (NASA / JPL-Caltech / MSSS)
Der Bohrer an Bord des Marsrovers Curiosity bohrte ein Loch in den Stein namens Cumberland. Die Analyse des Gesteinspulvers belegte die Präsenz organischer Substanzen, die noch nicht genau identifiziert wurden. (NASA / JPL-Caltech / MSSS)

Der NASA-Marsrover Curiosity hat eine zehnfach höhere Methanspitze (eine organische Substanz) in der Atmosphäre in seiner Nähe gemessen und andere organische Moleküle in einer Gesteinspulverprobe registriert, die von dem Bohrer des automatischen Labors gesammelt wurde. “Dieser temporäre Anstieg der Methankonzentration – scharf nach oben und dann zurück – verrät uns, dass es dort eine relativ lokale Quelle geben muss”, sagte Sushil Atreya von der University of Michigan in Ann Arbor, ein Mitglied des Curiosity-Wissenschaftsteams. “Es gibt viele mögliche Quellen, biologisch oder nicht biologisch, beispielsweise als Interaktion von Wasser und Gestein.”

Die Forscher nutzten Curiositys bordeigenes SAM-Labor (Sample Analysis at Mars) ein dutzend Mal während einer Zeitspanne von 20 Monaten, um Methan in der Atmosphäre zu registrieren. In zwei Monaten, Ende 2013 und Anfang 2014, ergaben vier Messungen einen Durchschnittswert von sieben Teilen pro Milliarde. Davor und danach ergaben die Messungen im Durchschnitt nur ein Zehntel dieses Werts. Curiosity registriere außerdem verschiedene organische Substanzen in Gesteinspulver, das aus einem Stein namens Cumberland gebohrt wurde. Das ist der erste definitive Nachweis von organischen Substanzen in Oberflächenmaterial auf dem Mars. Diese organischen Substanzen könnten entweder auf dem Mars entstanden sein, oder sie wurden von Meteoriten auf den Mars gebracht.

Organische Moleküle, die Kohlenstoff und normalerweise Wasserstoff enthalten, sind chemische Bausteine des Lebens, obwohl sie auch ohne die Präsenz von Leben existieren können. Curiositys Ergebnisse aus der Analyse von Atmosphären- und Gesteinspulverproben offenbaren nicht, ob der Mars jemals Heimat für lebende Mikroben war, aber sie werfen Licht auf einen chemisch aktiven Mars und auf Umweltbedingungen auf dem frühzeitlichen Mars, die für Leben geeignet gewesen sein könnten.

“Wir werden weiter an den Rätseln arbeiten, die diese Ergebnisse darstellen”, sagte John Grotzinger, Curiosity-Projektwissenschaftler vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. “Können wir mehr über die aktive Chemie erfahren, die solche Fluktuationen der Methankonzentration in der Atmosphäre auslöst? Können wir Gesteinsformationen als Ziele auswählen, wo identifizierbare organische Substanzen konserviert wurden?”

Die Forscher arbeiteten viele Monate daran zu bestimmen, ob irgendeine der organischen Substanzen aus der Cumberland-Probe tatsächlich vom Mars stammt. Curiositys SAM-Labor registrierte in mehreren Proben einige organische Kohlenstoffbestandteile, die in Wirklichkeit an Bord des Rovers von der Erde auf den Mars transportiert wurden. Allerdings brachten umfangreiche Prüfungen und Analysen Sicherheit für den Nachweis organischer Substanzen, die ursprünglich vom Mars stammen.

Aufgrund der Präsenz von Perchloraten im Marsgestein und im Marsboden ist es schwierig zu identifizieren, welche bestimmten organischen Substanzen vom Mars in dem Gestein vorhanden sind. Wenn sie innerhalb des SAM-Labors erhitzt werden, verändern die Perchlorate die Strukturen der organischen Bestandteile, deswegen bleibt die Identität der organischen Substanzen im Marsgestein unklar.

“Diese erste Bestätigung für organischen Kohlenstoff in einem Stein auf dem Mars ist vielversprechend”, sagte Roger Summons vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, der an der Curiosity-Mission mitwirkt. “Organische Substanzen sind wichtig, weil sie uns etwas über die chemischen Wege verraten, wie sie gebildet und konserviert wurden. Das wiederum gibt uns Informationen über die Unterschiede zwischen Erde und Mars und darüber, ob bestimmte Umweltbedingungen in den Sedimentgesteinen im Gale-Krater mehr oder weniger geeignet für die Ansammlung organischer Materialien waren oder nicht. Die Herausforderung ist jetzt, andere Steine auf dem Mount Sharp zu finden, die möglicherweise andere organische Komponenten und größere Mengen von ihnen enthalten.”

Diese Illustration zeigt mögliche Methanquellen und ihre Interaktionen mit dem Gestein und der Atmosphäre des Mars (NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan)
Diese Illustration zeigt mögliche Methanquellen und ihre Interaktionen mit dem Gestein und der Atmosphäre des Mars (NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan)

Die Forscher berichten auch, dass Curiositys Untersuchung des Marswassers, das vor mehr als drei Milliarden Jahren in Seebettmineralen am Cumberland-Stein gebunden wurde, darauf schließen lässt, dass der Planet einen Großteil seines Wassers vor der Entstehung des Seebetts verlor und auch danach weiterhin große Mengen verloren gingen. Das SAM-Labor analysierte Wasserstoffisotope in Wassermolekülen, die vor mehreren Milliarden Jahren in einer Gesteinsprobe eingeschlossen und durch die Erhitzung freigesetzt wurden. Sie liefern Informationen über die Geschichte des Wassers auf dem Mars. Das Verhältnis eines schwereren Wasserstoffisotops namens Deuterium zu dem häufigsten Wasserstoffisotop kann eine Signatur für Vergleiche von verschiedenen Entwicklungsstadien eines Planeten bereitstellen.

“Es ist wirklich interessant, dass unsere Messungen von Gasen, die aus alten Steinen extrahiert wurden, uns etwas über den Weggang des Wassers auf dem Mars verraten können”, sagte Paul Mahaffy, der leitende Wissenschaftler des SAM-Labors vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). Er ist der leitende Autor einer Abhandlung, die diese Woche im Journal Science veröffentlicht wird.

Das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff hat sich verändert, weil sich der leichtere Wasserstoff aus der oberen Atmosphäre viel schneller verflüchtigt als das schwerere Deuterium. Um zurückzublicken und zu sehen, wie sich das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis mit der Zeit verändert hat, können die Forscher das Verhältnis des Wassers in der aktuellen Atmosphäre und des im Gestein gebundenen Wassers an verschiedenen Zeitpunkten der planetaren Geschichte anschauen. Marsmeteoriten, die auf der Erde gefunden wurden, liefern ebenfalls Informationen, aber diese Aufzeichnungen haben Lücken. Keine bekannten Marsmeteoriten liegen hinsichtlich ihres Alters in der Nähe der auf dem Mars untersuchten Gesteine, die Curiositys Messungen zufolge vor etwa 3,9-4,6 Milliarden Jahren entstanden.

Das von Curiosity in der Cumberland-Probe gefundene Verhältnis entspricht etwa der Hälfte des Verhältnisses im Wasserdampf der heutigen Marsatmosphäre. Das deutet darauf hin, dass der Planet viel Wasser verlor, nachdem das Gestein entstand. Das gemessene Verhältnis ist jedoch dreimal höher als das Verhältnis im ursprünglichen Wasser auf dem Mars – ausgehend von der Vermutung, dass das damalige Wasser ein ähnliches Verhältnis aufwies wie die Ozeane der Erde. Das spricht dafür, dass große Mengen des ursprünglichen Marswassers verloren gingen, bevor das Gestein entstand.

Curiosity ist ein Teil der laufenden NASA-Marsforschung und Vorbereitung für eine bemannte Mission zum Mars in den 2030er Jahren. Das Caltech betreibt das Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (Kalifornien) und das JPL leitet die wissenschaftlichen Untersuchungen des Curiosity-Rovers für das Science Mission Directorate in Washington. Die SAM-Untersuchungen werden von Paul Mahaffy vom Goddard Space Flight Center geleitet. Zwei wichtige SAM-Instrumente für diese Entdeckungen sind das am Goddard Space Flight Center entwickelte Quadrupole Mass Spectrometer und das am JPL entwickelte Tunable Laser Spectrometer.

Die Ergebnisse der Curiosity-Messungen über den Nachweis von Methan und der organischen Substanzen in einem frühzeitlichen Stein wurden am Dienstag im Rahmen eines Treffens der American Geophysical Union in San Francisco diskutiert. Die Ergebnisse werden in einer Abhandlung beschrieben, die diese Woche von dem JPL-Wissenschaftler Chris Webster und Co-Autoren im Journal Science veröffentlicht wurde. Ein Bericht über den Nachweis der organischen Substanzen im Cumberland-Stein, geschrieben von der Goddard-Wissenschaftlerin Caroline Freissenet und Co-Autoren, wartet noch auf die Veröffentlichung.

Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4413

(THK)

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