Mikkelin lukio Marsissako metaania? Elisa Himanen, Vilma Laitinen, Aatu Ukkonen, Pietari Miettinen, Vesa Sivula Pariisi 7-11.10.2013
Summary in English Methane in Mars? According to the latest researches there are just very few molecules of methane in Mars, almost none. But there is a conflict between Earth based measurements, that have detected lots of methane in Martian atmosphere, and measurements made by Curiosity at Mars. Research is done to found out if there has been life in Mars or is there at the moment. Research has been executed with the help of Curiosity rover. Rover includes SAM instrument that detects different kind of matter from atmosphere and soil. Main parts of the SAM are mass spectrometer (QMS) and gas chromatography (GC), which is made in LATMOS.
1.Mars Mars on neljäs planeetta Auringosta. Sen keskietäisyys Auringosta on 227 900 000 km. Marsin pyörähdysaika on likimain sama kuin Maan. Maalla se on 23 h 56 min kun taas Marsilla se on 24h ja 37 min. Koska Mars on kauempana Auringosta, sen pinnan keskilämpötila on alhaisempi -63 celsiusta. Siellä putoamiskiihtyvyys on 3,74 m/s² ja pakonopeus 5.0 km/s. Sen Ekvaattorisäde on 3397 km ja läpimitta on 6792 km. Marssin ilmanpaine vaihtelee, mutta keskimäärin se on noin 10 millibaaria. Marsin kaasukehässä esiintyy samoja kaasuja kuin Maan ilmakehässä, mutta eri suhteissa. Kaasukehässä on havaittu metaania eri määriä eri havaintomenetelmillä. Sen seurauksena metaanin ilmeneminen Marsissa on kiistelty aihe. Marssin kaasukehän koostumus: Hiilidioksidi (CO 2 ) 95,32 % Typpi (N 2 ) 2,7 % Argon (Ar) 1,6 % Happi (O 2 ) 0,13 % Hiilimonoksidi (CO) 0,07 % Vesi (H 2 O) 0,03 % Neon (Ne) 0,00025 % Krypton (Kr) 300 ppb Ksenon (Xe) 80 ppb
Otsoni 30 ppb Metaani? ppb (parts per billion) = 10 9 2. Curiosity Curiosity-mönkijä on osa Mars Science Laboratoryn (MSL) tutkimusta, jossa Curiosityn tehtävä on kattavan välineistönsä avulla selvittää mahdollista aikaisempaa elämää ja elinolosuhteita Marsissa. Se analysoi maaperästä ja kaasukehästä otettuja näytteitä, joista etsitään elämälle tärkeitä orgaanisia yhdisteitä, jotka sisältävät mm. happea, typpeä, hiiltä ja vetyä. Muita Curiosityn tehtäviä on Marsin geologisen historian, kaasukehän kehityksen, veden ja hiilidioksidin kierron tutkiminen. Se laskeutui Marsin päiväntasaajan tuntumaan elokuussa 2012.
3. SAM (Sample Analysis on Mars)
SAM on osa Curiosityn välineistöä. Se koostuu massaspektrometristä, kaasukromatografista ja viritettävästä laser spektrometristä. Massaspektrometri (QMS) erottelee ja tunnistaa alkuaineet ja yhdisteet niiden massan avulla. Kaasukromatografi(GC) erottelee eri kaasut yhdisteistä niiden tunnistamista varten. Laser spektrometri (TSL) mittaa alkuaineidein pitoisuuksia ja se myös tunnistaa isotooppien suhdeluvut eri alkuaineissa kuten hapessa ja hiilessä. SAMin tehtävänä on tutkia kaasukehästä ja maaperästä otettuja näytteitä. 3.1 Massaspektrometri Massaspektrometrin avulla voidaan erottaa eri massan omaavia hiukkasia toisistaan. Massaspektrometrillä kiihdytetään ionisoituja hiukkasia sähkökentässä ja magneettikentän avulla ne saadaan kaartumaan puoliympyrän muotoiselle radalle. Eri hiukkaset päätyvät eri etäisyyksille riippuen niiden massasta. Radan säteen avulla voidaan määrittää hiukkasen massa ja sen avulla voidaan erottaa eri massan omaavia hiukkasia toisistaan. Eri massaiset hiukkaset tunnistetaan kirjaston avulla. Kirjasto perustuu jo tunnistettujen aineiden spektreihin. 3.2 Kaasukromatografi Perustuu kaasuyhdisteiden jakautumiseen liikkuvan kantajakaasun ja paikallaan olevaan kaasufaasin, stationäärifaasin väliin. Erottuminen tapahtuu uunissa olevassa ohuessa putkessa, jonka sisällä stationäärifaasi sijaitsee. Eri yhdisteet reagoivat eri tavoin stationäärifaasin kanssa, joten ne kulkevat eri nopeuksin putken läpi. Näin yhdisteet voidaan tunnistaa ja niiden pitoisuudet määrittää. Erottumiseen vaikuttaa muun muassa molekyylin koko, höyrystymislämpötila.
3.3 Laser spektrometri Laser spektrometrissä lähetetään valoa hiukkasten/kaasujen läpi. Hiukkaset absorboivat jokainen eri aallonpituuksia. Katsomalla, mitkä aallonpituudet arsurboituvat voidaan päätellä mitkä hiukkaset ovat kyseessä. Hiukkasten määrä vaikuttaa siihen, miten paljon valoa absorboituu. 4.Metaania Marsissa? Metaani on yksinkertainen hiilivety, alkaani. Sitä syntyy biologisisa prosesseissa kuten mätänemisessä hapettomissa oloissa, epäorgaanisesti geologisen aktiivisuuden seurauksena. Myöskin komeettojen törmäyksen saattavat kuljettaa jonkin verran metaania Marsin kaasukehään. Maan ilmakehässä metaania on 1,8 ppm, mutta Marsista ei ole varmaa dataa, sillä eri tutkimusmenetelmät ovat antaneet ristiriitaista tietoa. Marsin ilmakehää on tutkittu lähinnä maapallolta käsin observatorioissa ja satelliittien avulla, missä on havaittu metaania. Mm. Esan tutkijat väittävät saaneensa satelliittien kautta viitteitä metaanipilvistä 25-40 km korkeudelta. Marsiin lähetetty Curiosity-mönkijä ei kuitenkaan havainnut metaania paikan päällä. ESAn ja muiden Marsin ulkopuolisten mittausten havaitsemat metaaniesiintymien ristiriitaisuus Curiosityn mittausten kanssa on hämmentävää, koska emme voi tietää mistä mittausten väliset erot johtuvat. Curiosityn mittaukset on otettu eri alueilta kuin edelliset mittaukset, mutta sillä ei pitäisi olla merkitystä Marssin kaasukehän sekoittuessa, jolloin metaanin pitäisi levitä kaikkialle Marsin ilmakehässä. Jotta mittausten erot voitaisiin selittää, tulisi metaanin hajota huomattavasti luonnollista nopeammin. Tiettävästi Marsissa ei tapahdu metaanin hajoamista kuin valokemiallisen hajoamisen muodossa, mikä on erittäin hidasta ja kestää usein satoja vuosia. Tämä vähentää todennäköisyyttä, että Marsissa olisi metaanin tuotantoa. Marsista kuitenkin etsitään metaania paljon, koska metaanin tuotanto liitettäisiin jonkinlaiseen elämään, jota ei ole vielä löydetty Marsista. Yksi isoimmista tutkijoita on Ranskassa sijaitseva tutkimuslaitos LATMOS. LATMOS tekee osan NASA:n Marsiin lähettämistä instrumenteista. Instrumenttien teon lisäksi siellä on useita tutkijoita, jotka pyrkivät saamaan selville Marsin metaanipitoisuuden todellista tilannetta.
5. Lähteet http://www.rockhounds.com/rockshop/articles/mars_science_laboratory/science_payload.shtm l http://ssed.gsfc.nasa.gov/sam/curiosity.html http://msl-scicorner.jpl.nasa.gov/instruments/sam/ http://mars.nasa.gov/msl/multimedia/images/?imageid=4561 http://fi.wikipedia.org/wiki/mars http://www.nature.com/news/missing-methane-gas-mystifies-mars-scientists-1.13779 http://en.wikipedia.org/wiki/climate_of_mars#methane_presence http://en.wikipedia.org/wiki/atmosphere_of_mars