Trace Gas Orbiter не заметил марсианский метан

Космический аппарат Trace Gas Orbiter обновил глобальные ограничения на концентрацию метана в атмосфере Марса, которые составили 0,15 миллиардных долей объема. Это в сто раз меньше результатов других орбитальных аппаратов и в десять раз меньше данных ровера «Кьюриосити», непосредственно измерившего концентрацию метана в кратере Гейл. По словам ученых, это разногласие можно списать только на ошибки предыдущих измерений. Статья опубликована в Nature.

В настоящее время ученые не могут непосредственно проверить, есть ли на Марсе есть жизнь, поэтому им остается только отслеживать следы ее предполагаемой деятельности. Один из таких следов — это метан (CH₄), простейшее органическое соединение. На Земле большую часть атмосферного метана производят археи, которые живут в заболоченных местностях и кишечниках более сложных существ (например, коров и людей). В принципе, метан также может производиться и без участия живых организмов — например, в результате геохимических процессов или под воздействием космических лучей. Однако в атмосфере Марса, слабо защищенной от ультрафиолетового излучения, молекулы метана быстро разрушаются, так что продолжительность их жизни не превышает нескольких сотен лет. По геологическим меркам это очень мало. Следовательно, если на Марсе есть метан, то он производится постоянно и, скорее всего, при участии органических организмов. Подробно о причинах, по которым метан может служить биомаркером, рассказывает материал «Есть ли коровы на Марсе».

Около двадцати лет назад космический аппарат «Марс-Экспресс», находящийся на орбите Марса, обнаружил небольшие примеси метана в атмосфере планеты. Измеренная концентрация газа составила около 10 миллиардных долей объема (с погрешностью в 50 процентов). Несколько лет спустя наземные спектрометры также зафиксировали всплеск образования метана с пиковой концентрацией около 45±10 миллиардных долей объема. Впрочем, в дальнейшем всплеск не повторился. Кроме того, начиная с 2012 года метан на Марсе регулярно находил ровер «Кьюриосити», который непосредственно анализировал атмосферу и породу планеты. Поначалу марсоход также получил концентрацию порядка 2–9 миллиардных долей объема, однако после корректировки данных и более точных измерений это значение упало до 0,65 миллиардных долей объема. Это заставило ученых усомниться в надежности предыдущих данных. К счастью, совсем недавно были опубликовали новые данные «Марс-Экспресса», собранные одновременно с марсоходом «Кьюриосити, которые независимо подтвердили всплеск концентрации метана в кратере Гейл. Казалось бы, это наблюдение не только подтверждает, что метан в атмосфере есть, но и указывает на его источник.

Однако группа ученых под руководством Олега Кораблева (ИКИ РАН) поставила под сомнение все эти измерения. Исследователи проанализировали данные аппарата Trace Gas Orbiter (TGO), собранные между апрелем и августом прошлого года. Чтобы повысить точность измерения концентраций следовых газов, TGO использует метод солнечных затмений, то есть измеряет спектр поглощения атмосферы на закате и рассвете. Это позволяет снизить уровень шума в снятом спектре и в десять раз увеличить оптический путь лучей (то есть объем атмосферы, в котором измеряется концентрация газа). Измерения TGO проводит с помощью спектрометров ACS и NOMAD, которые покрывают диапазон в районе 3,3 микрометров, в котором метан сильнее всего поглощает излучение. Стоит отметить, что спектрометр ACS разработали и построили сотрудники Института космических исследований РАН, которым помогали специалисты из Франции, Германии и Италии (программа «Экзомарс», в состав которой входит TGO, является совместным проектом Европейского космического агентства и «Роскосмоса»).

Несмотря на короткий промежуток наблюдений, аппарату удалось измерить концентрацию метана почти в ста точках над поверхностью Марса. Большая часть измерений относится к приполярным областям, однако несколько точек захватывают и экваториальные широты. Как бы то ни было, во всех этих точках TGO получил концентрацию не более 0,15 миллиардных долей объема с учетом погрешностей. Это в сто раз меньше данных «Марс-Экспресса» и в десять раз меньше данных «Кьюриосити».

Более того, их не удается объяснить даже при допущении, что марсоход попал в единственную и очень крупную точку выброса метана. В самом деле, численные расчеты показывают, что благодаря высокой скорости циркуляции марсианской атмосферы метан разносится по всей планеты в течение двух-трех месяцев. Следовательно, гипотетический источник метана в кратере Гейл не мог работать слишком долго, чтобы не превысить глобальные ограничения на концентрацию метана. Хуже того, форма кратера не способствует сохранению метана. По оценкам ученых, согласовать измерения «Кьюриосити» и полученное глобальное ограничение можно только в том случае, если предположить, что источник метана в кратере Гейл работает не более 24 лет и является единственным источником метана на Марсе. По словам авторов статьи, это крайне нереалистичная ситуация, поэтому причину разногласий следует искать скорее в ошибках измерений. 

Одновременно со статьей группы в Nature была опубликована еще одна статья, основанная на измерениях TGO. В этой статье группа ученых под руководством Анн Вандале (Ann Vandaele) проанализировала, как пылевые бури влияют на состав марсианской атмосферы. Для этого ученые измерили вертикальное распределение пыли, воды и «полутяжелой» воды (молекулы которой содержит один атом водорода и один атом дейтерия) вплоть до высоты 80 километров. В результате ученые обнаружили, что перед пылевой бурей 30 мая 2018 года «полутяжелая» вода практически пропала с высот более 40 километров, что указывало на формирование водно-ледяных облаков. В то же время, во время шторма эта концентрация снова повышалось — следовательно, только что сформировавшиеся облака нагревались, таяли и разрушались. По словам ученых, эти процессы могут еще сильнее ускорить циркуляцию веществ по атмосфере.

Помимо метана на существование марсианской жизни (по крайней мере, в прошлом) может указывать бор. С одной стороны, подземные ручьи, содержащие этот элемент, часто оказываются теплыми и имеют нейтральный pH, благоприятный для возникновения жизни. С другой стороны, растворенный в воде бор стабилизирует рибозу — ключевой компонент РНК, из которых состоят простейшие живые организм. Впервые наличие этого элемента в марсианской почве удалось подтвердить в 2016 году с помощью орбитальных мультиспектральных приборов дистанционного зондирования, а еще через год марсоход «Кьюриосити» обнаружил его непосредственно в марсианской почве.

Дмитрий Трунин