Сообщения об обнаружении метана на Марсе захватили как ученых, так и неученых. На Земле значительное количество метана вырабатывается микробами, которые помогают большинству животных переваривать растения. Этот процесс пищеварения заканчивается выдохом скота или отрыжкой газа в воздух.
Хотя на Марсе нет ни крупного рогатого скота, ни овец, ни коз, обнаружение метана там волнует, потому что это может означать, что микробы были или есть, живущие на Красной планете. Однако метан не может иметь ничего общего с микробами или любой другой биологией; геологические процессы, которые включают взаимодействие горных пород, воды и тепла, также могут производить его.
Прежде чем определять источники метана на Марсе, ученые должны урегулировать вопрос, который гложет их: почему некоторые приборы обнаружили газ, а другие нет? Марсоход НАСА Curiosity, например, неоднократно обнаруживал метан непосредственно над поверхностью кратера Гейла. Но ЕКА (Европейское космическое агентство) ЭкзоМарс Трейс Газ Орбитер не обнаружил метана выше в марсианской атмосфере.
“Когда орбитальный аппарат Trace Gas появился на борту в 2016 году, я полностью ожидал, что команда orbiter сообщит , что на Марсе повсюду есть небольшое количество метана”, - сказал Крис Вебстер, руководитель перестраиваемого лазерного спектрометра (TLS) в анализе проб в химической лаборатории Mars (SAM) на борту марсохода Curiosity.
TLS измерил в среднем менее половины части на миллиард объема метана в кратере Гейла. Это эквивалентно примерно щепотке соли, разведенной в бассейне олимпийского размера. Эти измерения прерывались ошеломляющими всплесками объема до 20 частей на миллиард.
“Но когда европейская команда объявила, что не видит метана, я был определенно шокирован”, - сказал Вебстер, работающий в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Европейский орбитальный аппарат был разработан, чтобы быть золотым стандартом для измерения метана и других газов по всей планете. В то же время TLS Curiosity настолько точен, что будет использоваться для раннего предупреждения обнаружения пожара на Международной космической станции и для отслеживания уровня кислорода в скафандрах астронавтов. Он также был лицензирован для использования на электростанциях, на нефтепроводах и в истребительной авиации, где пилоты могут контролировать уровень кислорода и углекислого газа в своих масках.
Тем не менее, Вебстер и команда СЭМ были потрясены результатами европейского орбитального аппарата и немедленно приступили к тщательному изучению измерений TLS на Марсе.
Некоторые эксперты предположили, что марсоход сам выделял газ. —Итак, мы изучили корреляции между направлением марсохода, землей, дроблением камней, деградацией колес-все, что угодно, - сказал Вебстер. - Я не могу переоценить усилия, которые команда приложила, чтобы изучить каждую мелочь, чтобы убедиться, что эти измерения верны, и они верны.
Уэбстер и его команда сообщили о своих результатах сегодня в журнале Astronomy & Astrophysics.
Пока команда SAM работала над подтверждением обнаружения метана, другой член научной команды Curiosity, планетолог Джон Э. Мурс из Йоркского университета в Торонто, опубликовал интригующее предсказание в 2019 году. “Я принял то, что некоторые из моих коллег называют очень канадским взглядом на это, в том смысле, что я задал вопрос:” Что, если Curiosity и орбитальный аппарат Trace Gas правы? " - сказал Мурс.
Мурс, а также другие члены команды Curiosity, изучавшие характер ветра в кратере Гейл, выдвинули гипотезу, что расхождение между измерениями метана сводится к времени суток, когда они были сделаны. Поскольку ему требуется много энергии, TLS работает в основном ночью, когда другие приборы Curiosity не работают. Марсианская атмосфера ночью спокойна, отметил Мурс, поэтому метан, просачивающийся из-под земли, накапливается вблизи поверхности, где Curiosity может его обнаружить.
С другой стороны, орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter требует солнечного света, чтобы точно определить метан примерно в 3 милях или 5 километрах над поверхностью. “Любая атмосфера вблизи поверхности планеты проходит цикл в течение дня, - сказал Мурс. Тепло от Солнца взбивает атмосферу, когда теплый воздух поднимается, а холодный опускается. Таким образом, метан, который задерживается вблизи поверхности ночью, смешивается с более широкой атмосферой в течение дня, что разбавляет его до необнаружимых уровней. - Поэтому я понял, что ни один прибор, особенно орбитальный, ничего не увидит, - сказал Мурс.
Сразу же команда Curiosity решила проверить предсказание Мурса, собрав первые высокоточные дневные измерения. TLS измерял метан последовательно в течение одного марсианского дня, заключая в скобки одно ночное измерение с двумя дневными. С каждым экспериментом СЭМ засасывал марсианский воздух в течение двух часов, непрерывно удаляя углекислый газ, который составляет 95% атмосферы планеты. Это оставило концентрированный образец метана, который можно было легко измерить, проведя через него много раз инфракрасный лазерный луч, настроенный на использование точной длины волны света, поглощаемой метаном.
“Джон предсказал, что метан должен фактически опуститься до нуля в течение дня, и наши два дневных измерения подтвердили это", - сказал Пол Махаффи, главный исследователь SAM, который базируется в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Ночные измерения TLS аккуратно укладывались в среднее значение, которое команда уже установила. - Значит, это один из способов устранить это большое несоответствие, - сказал Махаффи.
Хотя это исследование предполагает, что концентрация метана на поверхности кратера Гейла растет и падает в течение дня, ученым еще предстоит решить глобальную загадку метана на Марсе. Метан-стабильная молекула, которая, как ожидается, продержится на Марсе около 300 лет, прежде чем будет разорвана на части солнечной радиацией. Если метан постоянно просачивается из всех подобных кратеров, что, как подозревают ученые, вероятно, учитывая, что Гейл не кажется геологически уникальным, в атмосфере должно было накопиться достаточно его для обнаружения Орбитальным аппаратом Следового газа. Ученые подозревают, что что - то разрушает метан менее чем за 300 лет.
Проводятся эксперименты, чтобы проверить, могут ли очень низкоуровневые электрические разряды, вызванные пылью в атмосфере Марса, разрушать метан, или же обилие кислорода на поверхности Марса быстро разрушает метан, прежде чем он достигнет верхних слоев атмосферы.
- Нам нужно определить, существует ли более быстрый механизм разрушения, чем обычно, чтобы полностью согласовать наборы данных с марсохода и орбитального аппарата, - сказал Вебстер.