Вопрос о том, есть или нет метан в атмосфере Марса, до сих пор остается открытым.
Российский спектрометрический комплекс Atmospheric Chemistry Suite на борту марсианского орбитального зонда «Trace Gas Orbiter» европейско-российской миссии «ExoMars» зарегистрировал линии поглощения углекислого газа и озона, которые не наблюдались раньше ни на Земле, ни в космосе.
Благодаря высокой чувствительности инструмента выяснилось, что углекислота и озон могут проявлять себе именно в том диапазоне инфракрасного спектра, где ожидается обнаружить сигнал от молекул метана – одного из возможных биомаркеров. Результаты открытия, которое может заставить пересмотреть предыдущие выводы о содержании метана на Марсе, а также методы его поиска.
Обе полосы поглощения: и углекислоты, и озона – находятся именно в том диапазоне, где ученые ожидали увидеть метан. Вопрос о том, есть или нет метан в атмосфере Марса, до сих пор остается открытым: данные наблюдений орбитального аппарата ESA «Mars Express» и марсохода NASA «Curiosity» в кратере Гейл свидетельствуют в его пользу, однако исключительно чувствительные спектрометры зонда «Trace Gas Orbiter» не подтверждают эти выводы.
В исследовании использовались данные спектрометра MIR (средний инфракрасный диапазон 2,31 – 4,2 микрометра), полученные за один марсианский год, то есть примерно с начала работы «Trace Gas Orbiter» на орбите Марса с весны 2018 года.
В этом участке инфракрасного спектра ожидалось найти полосы поглощения метана, расположенные в районе 3,3 микрометров. Метан – один из основных биомаркеров, которые могут свидетельствовать о возможной жизни на Красной планете. В этой же области длин волн находятся полосы поглощения молекул воды и углекислого газа, последний из которых составляет основную часть марсианской атмосферы.
Спектрометр MIR 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 «отпечаток» на спектре. Кроме этого, вещество с одной и той же химической формулой может иметь несколько полос поглощения, что свидетельствует о различии в строении молекул или разном изотопном составе.
«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 высотах, ниже 20 километров над поверхностью Марса.
После теоретического анализа было высказано предположение, что речь идет об открытии новой полосы поглощения основного изотополога углекислого газа, которая возникает в результате магнитно-дипольного перехода. До работы «Trace Gas Orbiter» эта полоса считалась запрещенной, не наблюдалась ни на Земле, ни в космосе, и отсутствовала в спектроскопических базах данных.
В случае с озоном, которого в атмосфере Марса мало, ситуация была несколько иной. Впервые его открыли еще в экспериментах на аппаратах NASA «Mariner 7» и «Mariner 9» в 1970-х годах, и с тех пор наблюдения велись в основном в ультрафиолете – этот метод позволяет измерять содержание озона на высотах больше 20 километров над поверхностью. С помощью прибора MIR впервые удалось детектировать озон в инфракрасном диапазоне в районе 3 микрометров и на низких высотах над поверхностью.
Тот факт, что в этом же спектральном диапазоне находятся полосы поглощения углекислоты и озона, может заставить существенно пересмотреть методы поиска метана. Кроме этого, новые результаты помогают понять, как молекулы CO2 и O3 взаимодействуют друг с другом и с солнечным светом, а значит – прояснить химию процессов в атмосфере Марса.
Эти результаты существенно продвигают ученых к лучшему пониманию Красной планеты и того, что происходит в ее атмосфере.
«Trace Gas Orbiter» продолжает работу. На следующем этапе проекта «ExoMars», который должен начаться в 2022 году с запуском посадочной платформы «Казачок» и марсохода «Rosalind Franklin», исследования будут продолжены уже с поверхности Марса. Возможно, что «взгляд с двух сторон» поможет решить загадку метана и поисков возможных следов жизни на Красной планете.
