Ученые приблизились к разгадке тайны метана на Марсе

Сообщение об обнаружении метана на Марсе захватили ученых. На Земле значительное количество метана производят микробы, которые помогают большинству сельскохозяйственных животных переваривать растения. Этот процесс пищеварения заканчивается выдыханием газа в воздух.

Хотя на Марсе нет крупного рогатого скота, овец или коз, обнаружение там метана очень интересно, потому что это может означать, что микробы жили или живут на Красной планете. Но метан не мог иметь ничего общего с микробами или какой-либо другой биологией. Геологические процессы, которые связаны с взаимодействием горных пород, воды и тепла, также могут его производить.

Прежде чем идентифицировать источники метана на Марсе, ученые должны ответить на вопрос, который их мучил: почему одни инструменты обнаруживают газ, а другие - нет? Например, марсоход НАСА Curiosity неоднократно обнаруживал метан прямо над поверхностью кратера Гейла. Но орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter ЕКА (Европейского космического агентства) не обнаружил метана выше в марсианской атмосфере.

«Когда орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter появился на борту в 2016 году, я ожидал, что команда орбитального аппарата сообщит, что повсюду на Марсе есть небольшое количество метана», - сказал Крис Вебстер, руководитель перестраиваемого лазерного спектрометра (TLS) в лаборатории анализа образцов в химической лаборатории Марса (SAM) на борту марсохода Curiosity.

TLS измеряет в среднем менее половины объема метана на миллиард в кратере Гейла. Это эквивалентно щепотке соли, разбавленной в бассейне олимпийского размера. Эти измерения сопровождались загадочными скачками до 20 частей на миллиард в объеме.

«Когда европейская группа объявила, что метана не обнаружено, я был определенно шокирован», - сказал Вебстер.

Европейский орбитальный аппарат был разработан как золотой стандарт для измерения метана и других газов на всей планете. В то же время TLS Curiosity настолько точен, что он будет использоваться для раннего обнаружения пожара на Международной космической станции и для отслеживания уровня кислорода в костюмах космонавтов. Он также был лицензирован для использования на электростанциях, на нефтепроводах и в истребителях, где пилоты смогут контролировать уровни кислорода и углекислого газа в лицевых масках.

Тем не менее, Вебстер и команда SAM были потрясены открытиями европейского орбитального аппарата и немедленно приступили к тщательному изучению измерений TLS на Марсе.

Некоторые эксперты предположили, что газ выпускал сам марсоход. «Итак, мы рассмотрели корреляции с наведением марсохода, землей, дроблением камней, износом», - сказал Вебстер. «Я не могу переоценить усилия, которые команда приложила, чтобы изучить каждую мелочь, и убедиться, что эти измерения верны, и это так».

Вебстер и его команда сообщили о результатах в журнале Astronomy & Astrophysics.

Пока группа SAM работала над подтверждением обнаружения метана, другой член научной группы Curiosity, ученый-планетолог Джон Э. Мур из Йоркского университета в Торонто, в 2019 году опубликовал интригующий прогноз. «Я задался вопросом: что, если Curiosity и орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter оба правы?», - сказал Мур.

Мур и другие члены команды Curiosity, изучающие характер ветра в кратере Гейла, выдвинули гипотезу, что расхождение между измерениями метана связано с временем суток, в которое они были сделаны. Поскольку ему требуется много энергии, TLS работает в основном ночью, когда другие инструменты Curiosity не работают. По словам Мура, марсианская атмосфера ночью спокойна, поэтому метан, просачивающийся из-под земли, накапливается у поверхности, где Curiosity может его обнаружить.

Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter, с другой стороны, требует солнечного света для определения метана на высоте около 3 миль или 5 километров над поверхностью. «Любая атмосфера у поверхности планеты в течение дня меняется», - сказал Мур. Тепло от Солнца взбалтывает атмосферу, теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается. Таким образом, метан, который удерживается у поверхности ночью, смешивается с более обширной атмосферой в течение дня, что разбавляет его до необнаружимого уровня. «Так я понял, что никакой инструмент, особенно орбитальный, ничего не увидит», - сказал Мур.

Сразу же команда Curiosity решила проверить предсказание Мура, собрав первые высокоточные дневные измерения. TLS измерял метан последовательно в течение одного марсианского дня, сравнивая одно ночное измерение с двумя дневными. В каждом эксперименте SAM в течение двух часов втягивал марсианский воздух, непрерывно удаляя углекислый газ, который составляет 95% атмосферы планеты. В результате остался концентрированный образец метана, который TLS может легко измерить, много раз пропустив через него инфракрасный лазерный луч, настроенный на использование точной длины волны света, поглощаемого метаном.

«Мур предсказал, что содержание метана должно эффективно снизиться до нуля в течение дня, и наши два дневных измерения подтвердили это», - сказал Пол Махаффи, главный исследователь SAM. Ночные измерения TLS точно соответствуют среднему значению, которое команда уже установила. «Это один из способов устранить это большое несоответствие», - сказал Махаффи.

Исследование предполагает, что концентрация метана на поверхности Кратера Гейла в течение дня повышается и падает, ученым еще предстоит решить глобальную загадку с метаном на Марсе. Метан - стабильная молекула, которая продержится на Марсе около 300 лет, прежде чем будет разорвана солнечной радиацией. Если метан постоянно просачивается из всех подобных кратеров, что вероятно, учитывая, что Гейл не кажется уникальным с геологической точки зрения, его должно было накопиться в атмосфере в достаточном количестве, чтобы орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter мог его обнаружить. Ученые подозревают, что что-то разрушает метан менее чем за 300 лет.

Сейчас проводятся эксперименты для проверки - могут ли электрические разряды очень низкого уровня, вызванные пылью в атмосфере Марса, разрушить метан, или же избыток кислорода на поверхности Марса быстро разрушает метан, прежде чем он достигнет верхних слоев атмосферы.

«Нам нужно определить, существует ли более быстрый механизм уничтожения, чем обычно, чтобы полностью согласовать наборы данных с марсохода и орбитального аппарата», - сказал Вебстер.