Tajemniczy metan na Marsie, niewykrywalny z orbity. Już wiemy dlaczego i kto wywołał zamieszanie

Może nie zawsze dowiadujemy się tego wprost na lekcjach, ale poprzez samodedukcję na pewnym etapie naszej edukacji dochodzimy do wniosku, że wynik pomiarów zależy od warunków w jakich je dokonujemy. Okazuje się, że naukowcy czasem zapominają, że muszą być jak Sherlock Holmes. Na każdym etapie eksperymentów, które wykonują.

Czyli powinni wyciągać wnioski z każdej przesłanki, łączyć je z już posiadaną wiedzą. Oczywiście naukowcy tak postępują, ale czasem zapominają o podstawach, zagonieni w analizie pomiarów wykonywanych coraz doskonalszymi instrumentami. A takie właśnie są na pokładzie łazika Curiosity wysłanego na Czerwoną Planetę przez NASA i sondy Trace Gas Orbiter (TGO), czyli pupilka ESA.

Zagadka metanowa na Marsie. Łazik widzi metan, sonda na orbicie go nie dostrzega

Przypomnijmy skąd wzięła się zagadka metanowa. Otóż łazik Curiosity, a dokładnie jego instrument TLS, czyli Tunable Laser Spectrometer stanowiący element laboratorium SAM do analiz składu atmosfery zasysanej przez łazik, wykrył znaczną koncentrację metanu w okolicy łazika. Nie robił tego za każdym razem, ale w końcu gdy pojawiła się taka "anomalia", był to wynik powtarzalny.

Schemat, który kilka lat temu NASA opublikowała jako ilustrację potencjalnych źródeł metanu na Marsie

Obecność metanu była zaskoczeniem, ale sam fakt jego obecności można próbować wyjaśnić odwołując się do przeróżnych procesów w glebie, i to także takich, które nie wymagają obecności organizmów żywych.

Prawdziwą zagadką był fakt, że inny instrument na pokładzie europejskiej sondy TGO zaprzeczał wynikom z łazika. Co prawda dokonywał pomiarów warstw atmosfery znajdujących się 5 km ponad łazikiem, ale nawet tam metan powinien być obecny, a zdaniem TGO metanu nie było. Oba instrumenty to prawdziwe naukowe dzieła sztuki.

Czy łazik i jego aktywność może być źródłem metanu?

NASA szukała wyjaśnień sugerując istnienie źródeł metanu, które związane są z łazikiem. Łazik wykonuje eksperymenty związane z kruszeniem badanych skał, jego komponenty, takie jak koła, ulegają ciągłemu niszczeniu. Teoretycznie każde z tych działań może być źródłem nadmiarowego metanu.

Zespół prowadzony przez Chrisa Webstera, szefa projektu TLS na pokładzie Curiosity, postarał się sprawdzić te przesłanki. Przy okazji uwzględnił sugestię innego naukowca, który zaproponował…

…błyskotliwe, ale bardzo trywialne wyjaśnienie zagadki

Instrumenty TGO jak i Curiosity to bardzo precyzyjne urządzenia, wielokrotnie przetestowane i nie ma w zasadzie opcji, żeby się myliły. I nie mylą się, ale naukowcy źle interpretują dane, które za ich pomocą uzyskują. Tzn. interpretują je jak należy, ale przy błędnych założeniach co do warunków pomiaru, a to dyskwalifikuje jakikolwiek sens porównań pomiędzy różnymi instrumentami.

Te błędne założenia, to jak stwierdził już w 2019 roku John E. Moores z uniwersytetu stanu Nowy Jork, nieuwzględnienie momentu wykonania pomiaru (dokładnie pory dnia) podczas interpretacji wyników.

Instrument na Curiosity jest bardzo energochłonny, dlatego dotychczas NASA optymalizowała jego użycie, decydując się na eksperymenty głównie nocą. Z kolei instrument TGO najlepiej działa, gdy atmosfera jest dobrze oświetlona światłem słonecznym. I jak wspomnieliśmy, mierzy obfitość metanu na sporej wysokości.

Rozumiecie już skąd prawdopodobnie bierze się zagadka metanowa? Pomiar wykonany w nocy, a pomiar wykonany w środku dnia, to pomiary, w trakcie których atmosfera jest w innym stanie. A to oznacza, że metan, który nocą gromadzi się blisko powierzchni, za dnia unosi się i mocno rozprasza, do poziomów niewykrywalnych. Curiosity obserwował jego sporą ilość, TGO stwierdzał, że metan jest nieobecny.

NASA sprawdziło tezę naukowca z Nowego Jorku. Okazało się, że ma on rację

By wyjaśnić problem raz i na zawsze, NASA zmieniło rozkład czasowy korzystania z instrumentu TLS na Curiosity. Wykonano pomiary obfitości metanu za dnia.

Wyniki nie były zaskakujące, okazały się zbieżne z tym co wykrywa, a raczej nie wykrywa, TGO. Obfitość metanu w atmosferze w pobliżu łazika w ciągu dnia mocno spadała, co sugeruje jego rozpraszanie się w atmosferze.

A więc zagadka metanowa w zasadzie nie istnieje. Istnieje co prawda zagadnienie powstawania dużej ilości metanu i ono wciąż jest przedmiotem dyskusji, ale możemy założyć już, że obserwacje z różnych instrumentów nie są ze sobą sprzeczne.

Te same zasady co na Marsie obowiązują na Ziemi

I tak samo na Ziemi. Jeśli zdecydujecie się dokonać na przykład pomiarów napięć w komputerze, czy pomiaru temperatury, weźcie pod uwagę w jakich warunkach są one wykonywane.

Woltomierz może mieć źle ustawione swoje zero i zamiast 5V tak naprawdę pokazuje całkiem inne napięcie, poza tym błąd jego pomiaru może przekraczać tolerancję, która akurat w naszym przypadku jest wymagana.

Z kolei termometr mierzy tylko swoją temperaturę. Dlatego największym wyzwaniem jest to, by ta temperatura odpowiadała temperaturze tego co chcemy zmierzyć. A to zależy od tego jak termometr umieścimy w środowisku pomiarowym, w jaki sposób ciepło zostanie do niego przekazane.

Źródło: NASA, inf. własna