Независимые наблюдения указали на район выделения метана на Марсе

Данные аппарата Mars Express подтвердили присутствие заметных концентраций метана в атмосфере Красной планеты, также ученым удалось определить вероятный регион происхождения вещества. Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Метан — простейшее органическое соединение с формулой CH₄. Столь простое соединение может образовываться даже в космических условиях, что подтверждается обнаружением его спектральных линий астрономическими приборами. На Земле основным источником этого газа являются микробы — археи, объединяемые в группу метаногенов. Они выделяют метан как побочный продукт жизнедеятельности в бескислородных условиях. Эти одноклеточные ответственны за образование метана в многочисленных средах обитания, от болот до кишечника млекопитающих, в том числе коров и человека. Так как именно археи в наибольшей степени похожи на самые древние микроорганизмы на Земле, присутствие метана считается биомаркером возможного присутствия примитивных жизненных форм, хотя данное соединение может также выбрасываться в атмосферу в результате геологических процессов.

Первые данные о наличии метана в атмосфере Марса были получены 15 лет назад при помощи наземных и орбитальных наблюдений. Однако наибольший интерес привлекли измерения марсохода «Кьюриосити», который находится на планете с 2012 года и неоднократно фиксировал различные концентрации метана. По сравнению с земными концентрациями, на Марсе этого газа исключительно мало — пиковые значения достигают 10 миллиардных долей, в то время как на нашей планете в среднем наблюдается 1800 миллиардных долей. Более того, приборы на поверхности Красной планеты регистрировали заметные сезонные колебания концентрации газа, а некоторые детекторы на орбитальных аппаратах вообще не могли его уловить при сравнимой чувствительности.

Эта ситуация стала предметом большого количества исследований, некоторые из которых пытались списать обнаружение метана на ошибки, а другие предлагали варианты его происхождения, причем как связанные с деятельностью живых организмов, так и не связанные с ней — абиогенные. Несмотря на отдельные положительные результаты, полученные разными группами, научное сообщество до сих пор разделено: часть ученых по-прежнему считает свидетельства присутствия метана неубедительными. Среди причин скепсиса указываются возможные загрязнения, недостаточное спектральное разрешение приборов или зашумленность данных, не позволяющая сделать однозначных выводов. В целом существует как ряд не зафиксировавших метан наблюдений, так и множество уловивших его присутствие измерений, но ни одно из обнаружений не получило независимого подтверждения.

В работе под руководством Марко Джуранна (Marco Giuranna) из Национального института астрофизики в Италии описывается результаты работы Планетарного фурье-спектрометра на борту аппарата Mars Express. Данный прибор может работать в нескольких режимах наведения, в том числе может вести наблюдения в надире (противоположной зениту точке, то есть строго вниз) и в режиме слежения за конкретной областью. Все предыдущие оценки концентрации метана, в том числе первые, сделанные орбитальным аппаратом, были сделаны в режиме наблюдения в надире. В данной работе впервые были обработаны данные режима слежения, собранные в 2012–2014 годах, что примерно соответствует 20 месяцам измерений концентраций на поверхности планеты приборами марсохода «Кьюриосити». Авторы отмечают, что наблюдения в таком режиме подходят для поиска метана, так как позволяют получить несколько сотен спектров одной области в течение короткого промежутка времени.

Прибору удалось зафиксировать интегрированную по высоте концентрацию метана в 15,5±2,5 миллиардных долей 16 июня 2013 года, то есть на день позже, чем были сделаны первые измерения «Кьюриосити», которые показали локальную концентрацию в 5,78±2,27 миллиардных долей. Всего это соответствует 39–54 тоннами соединения на площади 49 тысяч квадратных километров. Таким образом, впервые удалось независимо подтвердить измерения, сделанные другим инструментом. В течение остального периода наблюдений длительностью почти два года других случаев присутствия метана над кратером Гейла, где находится «Кьюриосити», зафиксировано не было. Во время следующего периода регистрации метана у поверхности подобных наблюдений с орбиты не проводилось, а в дальнейшем одновременные наблюдения согласованно показывают отсутствие заметных концентраций метана.

Также авторы попытались определить возможную область появления метана. В рамках работы они рассматривали только гипотезу о выделении газа из-под поверхности и не проводили анализ для случая привнесения метана небольшой кометой, как предполагалось в некоторых исследованиях. Совместная обработка орбитальных и собранных на поверхности данных, а также результаты моделирования атмосферной циркуляции позволили выделить вероятные области выделения газа — они оказались расположены к югу, востоку, и северо-востоку от кратера Гейл. Геологический анализ с учетом известных на Земле механизмов появления метана (просачивание из разломов любого типа) и детальных карт поверхности Марса позволил установить самую правдоподобную область. Она оказалась к востоку от кратера, где столовые горы Aeolis Mensae переходят в формацию Medusae Fossae. Предыдущие исследования указывали на наличие больших количеств льда в грунте близко к поверхности в этом регионе — именно подобные залежи льда с запертыми в них пузырьками газа ранее назывались в качестве возможного источника метана.

Подробно о проблеме наличия метана в атмосфере Марса и важности этого факта мы писали в материале «Есть ли коровы на Марсе». Также мы описывали обнаружение сезонных вариаций марсходом «Кьюриосити» и связь между наличием метана на Марсе и появлением биомолекул на Земле.

Тимур Кешелава