Астрономія
Астрономія

NASA пояснили пропажі метану на Марсі. Він накопичується лише вночі

За даними лазерного спектрометра, встановленого на ровері «К'юріосіті», на Марсі є метан — один із біомаркерів. Однак, європейський інструмент Trace Gas Orbiter з космічного корабля ESA його не знайшов. Нове дослідження NASA, опубліковане у Astronomy & Astrophysics з'ясувало, що метан на планеті все ж існує, але ровер на відміну від європейців аналізував атмосферу вночі, а тому метан встигав зникнути.

Моделювання змішування метану у кратері. Білі стрілки представляють швидкість та напрямок вітру, а чорні контури — топографію кратера / Christopher R. Webster et al.

Моделювання змішування метану у кратері. Білі стрілки представляють швидкість та напрямок вітру, а чорні контури — топографію кратера / Christopher R. Webster et al.

Хто бачив метан на Марсі?

Кількість, розподіл і поведінка метану в атмосфері Марса хвилює планетологів та астробіологів, адже цей газ є потенційним біомаркером, який на Землі утворюється за участі живих мікроорганізмів. За останні два десятиліття дослідження марсіанської атмосфери з допомогою різних платформ (наземні телескопи, орбітальні апарати, марсоходи) вказували на концентрацію метану у значеннях від нуля до 45 частинок на мільярд (ppbv), що знову ж таки викликало суперечки щодо інтерпретації даних. Ми досі не знаємо, що спричинило «метанову аномалію» на Марсі два роки тому, коли «К'юріосіті» зареєстрував різке зростання концентрації метану в атмосфері до 21 частин на мільйон (ppb), а потім знову падіння до фонових значень.

Першим метан на планеті знайшов «Марс-експрес» Європейського космічного агентства, хоч і з похибкою у 50 відсотків. За ним метан знаходили і з Землі за допомогою спектрометрів, і за поверхні самого Марса. На «К'юріосіті» аналізом атмосфери планети займається лазерний спектрометр (TLS-SAM). У кратері Гейл вже вісім років він вимірює поглинання світла на певних довжинах хвиль, де фіксує метан, водяну пару і вуглекислий газ. TLS вимірює концентрацію метану, вуглекислого газу і водяної пари в марсіанській атмосфері. ExoMars Trace Gas Orbiter — європейський космічний апарат, що також має досліджувати малі складові атмосфери планети, але вже з орбіти штучного супутника.

Що з ним не так?

Із марсіанським метаном все досить непросто — він може з'явитися в результаті геохімічних або фотохімічних процесів, чи під впливом космічних променів, тобто йому не потрібен хтось подібний земним археям. Але річ у тім, що на планеті газ живе всього по декілька сот років, а отже йому потрібне постійне джерело його поповнення, яке і шукають вчені. І після всіх досить переконливих доказів того, що метан на Марсі все ж є, з'являються результати дослідження європейського ExoMars, які обмежили кількість марсіанського метану до 0,15 мільярдної частки об'єму. Це майже у десять разів менше за знайдену «К'юріосіті» кількість безпосередньо у кратері планети.

То метану таки немає?

Щоб знайти атмосферні домішки, варто розкласти якесь випромінювання на спектр, адже різні речовини мають різні лінії поглинання. Спектрометри спостерігають за тим, як різні речовини в атмосфері поглинають частину випромінювання, а потім порівнюють результати з наявними даними про речовини. І вся річ у тім, що інструменти «К'юріосіті» та ExoMars використовують різне випромінювання. Ровер послуговується власним лазерним випромінюванням, що проходить крізь зразок газу 81 раз, та відскакуючи на точно налаштованій довжині хвилі, робить виміри. А от у Trace Gas Orbiter такого лазера немає і він використовує сонячне світло. Тому спектрометр на ровері працює вночі, поки інше устаткування марсохода не працює, а європейському необхідно чекати на Сонце. Тож команда «К'юріосіті» з Наукової лабораторії Марса NASA вирішила, що ця різниця у підходах і може стати каменем спотикання — метан може просочуватися із кратера Гейл вночі, що і побачить марсохід, а протягом дня розчинитися в атмосфері настільки сильно, що Trace Gas Orbiter його вже не побачить. Щоб перевірити свою ідею, вчені вперше змусили спектрометр «К'юріосіті» попрацювати вдень. І дійсно, під час двох денних вимірювань із точністю 95 відсотків, денна концентрація метану різко контрастує із нічною — від середніх значень 0,05 до 0,52 ppbv відповідно. Ця істотна різниця передбачає, що метан накопичується, коли він знаходиться біля поверхні в нічний час, але падає нижче меж виявлення Trace Gas Orbiter.

Пошуки метану за лазерним випромінюванням спектрометра на «К'юріосіті». NASA / JPL-Caltech

Пошуки метану за лазерним випромінюванням спектрометра на «К'юріосіті». NASA / JPL-Caltech

Варто перевірити, чи не може сам ровер генерувати метан, та почати шукати причини появи газу у кратері. Це може бути через «мікроживлення» планети у зруйнованому планетарному прикордонному шарі (planetary boundary layer, PBL). Так вітри вночі утримують метан всередині кратера поблизу точки його викиду, а вдень розбавляють його за рахунок збільшення вертикального перемішування через збільшення висхідного потоку вітру. Втім, за дослідників, якщо метан просочується з-під землі по всій планеті, а не тільки в кратері, що більш імовірно, газ повинен би накопичуватися до рівнів, які все ж виявляються race Gas Orbiter, не зважаючи на атмосферні перемішування. Але тоді варто шукати нові швидші механізми руйнування цього газу в атмосфері, які б знищували його за день, а не за кілька сотень років, як Сонце.