Аппарат обнаружил в атмосфере Марса на месте метана другие газы

Российский спектрометрический комплекс АЦС на борту марсианского орбитального зонда TGO проекта "ЭкзоМарс" зарегистрировал линии поглощения углекислого газа и озона, которые не наблюдались раньше ни на Земле, ни в космосе. Результаты в виде двух статей (статья 1, статья 2) подготовлены для публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и выложены на сайте журнала в свободном доступе.

Спектрометрический комплекс АЦС (ACS — Atmospheric Chemistry Suite, Комплекс для изучения химии атмосферы Марса) создан в Институте космических исследований РАН и предназначен для детального исследования атмосферы Марса с помощью трех инфракрасных спектрометров. Приборы очень высокой чувствительности сконструированы для поиска в первую очередь малых составляющих атмосферы.

Метан — один из основных биомаркеров, которые могут свидетельствовать о возможной жизни на Марсе. Поэтому ученые искали прежде всего следы этого газа в атмосфере Красной планеты.

В исследование включены данные, полученные за один марсианский год, то есть с начала работы TGO на орбите Марса весной 2018 года. Анализ проводили в среднем ИК-диапазоне 2,3–4,2 микрометра. На этом участке спектра ученые ожидали найти полосы поглощения метана, расположенные в районе 3.3 микрометра. В этой же области длин волн находятся полосы поглощения молекул воды и углекислого газа, который составляет основную часть марсианской атмосферы.

Благодаря высокой чувствительности спектрометра MIR — составной части АЦС — выяснилось, что углекислота и озон проявляются именно в том диапазоне инфракрасного спектра, где ожидается обнаружение сигнала от молекул метана.

Спектрометр наблюдает в режиме солнечных затмений: прибор "смотрит" на край планеты, где сквозь атмосферу Марса просвечивают солнечные лучи. Различные вещества в атмосфере поглощают часть солнечного излучения, и тогда в спектре появляются "провалы" — так называемые линии поглощения. Каждое вещество поглощает излучение с определенными длинами волн, оставляя свой неповторимый спектральный след.

В данном случае полосы поглощения углекислоты и озона оказались в одном и том же спектральном диапазоне, что, по мнению ученых, говорит о взаимодействии молекул CO2 и O3 друг с другом и с солнечным светом.

"Эти результаты существенно продвигают нас к лучшему пониманию Марса — к более высокому уровню точности и понимания того, что происходит в его атмосфере, — приводятся в пресс-релизе ИКИ РАН слова Александра Трохимовского, сотрудник отдела физики планет, одного из авторов исследования. — Все началось с небольших уменьшений сигнала на отдельных длинах волн в спектрах, полученных прибором MIR. Некоторое время эти особенности не привлекали внимания, вернее, считались ошибкой, возникшей во время калибровки данных. Однако после более тщательной обработки эти "артефакты" не исчезли, напротив — обнаружилось около 30 слабых линий поглощения, положение которых не соответствовало ни одной из тех, что уже содержались в спектрометрических базах данных. Явление наблюдалось на малых, ниже двадцати километров, высотах над поверхностью Марса".

После теоретического анализа было высказано предположение, что речь идет об открытии новой полосы поглощения основного изотополога углекислого газа, состоящего из основных изотопов углерода и кислорода 12С и 16O, которая возникает в результате магнитно-дипольного перехода. До работы TGO эта полоса считалась запрещенной, не наблюдалась ни на Земле, ни в космосе, и поэтому отсутствует в спектроскопических базах данных.

В случае с озоном ситуация была несколько иной. Озона в атмосфере Марса мало, но он диагностировался и раньше. Сейчас же с помощью прибора MIR он впервые зафиксирован в инфракрасном диапазоне спектра и на низких высотах над поверхностью.
Вопрос о том, есть ли метан в атмосфере Марса, до сих пор остается открытым. Данные наблюдений орбитального аппарата Mars Express (ЕКА) и марсохода Curiosity (НАСА) в кратере Гейл свидетельствуют об этом, однако исключительно чувствительные спектрометры TGO миссии "ЭкзоМарс-2016" эти выводы не подтвердили.