Вчені наблизилися до пояснення таємниці метану на Марсі

Чому деякі наукові прилади виявляють газ на Червоній планеті, а інші - ні?

Про це розповідають у Лабораторії реактивного руху НАСА.

Повідомлення про виявлення метану на Марсі захопили увагу як вчених, так і не науковців. На Землі значну кількість метану виробляють мікроби, які допомагають більшості худоби перетравлювати рослини. Цей процес травлення закінчується тим, що худоба видихає або відригує газу у повітря.

Хоча на Марсі немає великої рогатої худоби, овець або кіз, знайти там метан дуже цікаво, оскільки це може означати, що на Червоній планеті жили або живуть мікроби. Однак, метан може не мати нічого спільного з мікробами чи будь-якою іншою біологією; геологічні процеси, що передбачають взаємодію гірських порід, води та тепла, також можуть його виробляти.

Перш ніж визначити джерела метану на Марсі, вчені повинні врегулювати питання, яке не дає їм спокою: чому деякі прилади виявляють газ, а інші ні? Наприклад, марсохід NASA Curiosity неодноразово виявляв метан прямо над поверхнею кратера Гейла. Але орбітальний апарат ЄКА (Європейського космічного агентства) ExoMars Trace Gas Orbiter не виявив ніякого метану вище в марсіанській атмосфері.

"Коли у 2016 році Trace Gas Orbiter піднявся на борт, я цілком очікував, що команда орбітального апарата повідомить, що скрізь на Марсі є невелика кількість метану", - сказав Кріс Вебстер, керівник роботи з приладом "Настроюваний лазерний спектрометр" (TLS) хімічної лабораторії "Аналіз зразків на Марсі" (SAM) на марсоході Curiosity.

TLS виміряв об′ємну концентрацію метану в кратері Гейла у пів частки на мільярд, що еквівалентно приблизно дрібці солі, розведеної в басейні олімпійського розміру. Ці виміри супроводжувалися загадковими стрибками об′ємної концентрації до 20 часток на мільярд.

"Але коли європейська команда оголосила, що не бачить метану, я звісно був шокований", - сказав Вебстер, який працює в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії.

Європейський орбітальний апарат був розроблений, щоб стати золотим стандартом для вимірювання метану та інших газів на всій планеті. Водночас TLS на Curiosity настільки точний, що буде використовуватися для раннього попередження виникнення пожежі на Міжнародній космічній станції та для відстеження рівня кисню в костюмах астронавтів. Він також був ліцензований для використання на електростанціях, на нафтопроводах та у винищувачах, де пілоти можуть слідкувати за рівнем кисню та вуглекислого газу у своїх масках.

Все ж таки, Вебстер і команда SAM були вражені результатами європейського орбітального апарату і негайно приступили до ретельного вивчення вимірювань TLS на Марсі.

Деякі експерти припустили, що марсохід сам вивільняє газ. "Тому ми розглянули кореляції з напрямком руху ровера, ґрунтом, подрібненням порід, деградацією коліс - і так далі", - сказав Вебстер. "Я не можу переоцінити зусилля, які команда доклала до вивчення кожної дрібниці, щоб переконатися, що ці виміри правильні, і вони вірні".

Вебстер та його команда 29 червня повідомили про свої результати в журналі "Astronomy & Astrophysics".

Поки команда SAM працювала над підтвердженням виявлення метану, інший член наукової групи Curiosity, планетолог Джон Е. Мурес з Університету Йорка в Торонто, опублікував у 2019 році гостроцікавий прогноз. "Я застосував те, що деякі з моїх колег називають дуже канадським поглядом, в тому сенсі, що я поставив питання: "Що робити, якщо і Curiosity, і Trace Gas Orbiter обидва праві?", - сказав Мурес.

Мурес, а також інші члени команди Curiosity, які вивчали вітрові патерни у кратері Гейла, висунули гіпотезу, що невідповідність між вимірюваннями метану зводиться до часу доби, коли вони були зроблені. Оскільки йому потрібно багато енергії, TLS працює переважно вночі, коли не працює жоден інший інструмент Curiosity. Вночі марсіанська атмосфера спокійна, зауважив Мурес, тому метан, що просочується з-під ґрунту, накопичується біля поверхні, де Curiosity може його виявити.

З іншого боку, Trace Gas Orbiter вимагає сонячного світла, щоб визначати метан на відстані приблизно 5 кілометрів над поверхнею. "Будь-яка атмосфера поблизу поверхні планети протягом дня проходить через цикл", - сказав Мурес. Тепло від Сонця збуджує атмосферу, коли тепле повітря підіймається і прохолодне повітря опускається. Таким чином, метан, який утримується біля поверхні вночі, вдень змішується в ширшу атмосферу, що розбавляє його до невизначуваних рівнів. "Тому я зрозумів, що жоден прилад, особливо орбітальний, нічого не побачить", - сказав Мурес.

Негайно команда Curiosity вирішила протестувати передбачення Муреса, зібравши перші високоточні денні вимірювання. TLS послідовно виміряв метан протягом одного марсіанського дня, поєднуючи одне нічне вимірювання з двома денними. В кожному експерименті SAM протягом двох годин всмоктував марсіанське повітря, безперервно видаляючи вуглекислий газ, який становить 95% атмосфери планети. У результаті залишався концентрований зразок метану, який TLS міг легко виміряти, пропускаючи крізь нього інфрачервоний лазерний промінь, який налаштований на використання точної довжини хвилі світла, яке поглинається метаном.

"Джон передбачив, що метан повинен ефективно знизитися до нуля протягом дня, і наші два денних вимірювань це підтвердили", - сказав Пол Махаффі, головний дослідник SAM з Центру космічних польотів НАСА ім. Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. Нічне вимірювання TLS точно вписувалося в середнє значення, яке команда вже встановила. "Отже, це один зі способів покласти кінець цій великій розбіжності", - сказав Махаффі.

Хоча це дослідження припускає, що концентрація метану протягом дня зростає і падає на поверхні кратера Гейла, вчені мають ще вирішити глобальну загадку метану на Марсі. Метан – стабільна молекула, яка, як очікується, протримається на Марсі близько 300 років, перш ніж буде зруйнована сонячною радіацією. Якщо метан постійно просочується з усіх однорідних кратерів, що, на думку вчених, цілком ймовірно, враховуючи, що Гейл не здається унікальним у геологічному відношенні, його мало б накопичитися в атмосфері достатньо для виявлення Trace Gas Orbiter. Вчені підозрюють, що щось руйнує метан менш ніж за 300 років.

На даний час проводяться експерименти, щоб перевірити, чи дуже низькі електричні розряди, викликані пилом в атмосфері Марса, можуть знищити метан, або ж достаток кисню на марсіанській поверхні швидко руйнує метан, перш ніж він зможе досягти верхніх шарів атмосфери.

"Нам потрібно визначити, чи існує швидший механізм знищення, ніж звичайний, щоб повністю узгодити дані, отримані з ровера та орбітального апарата", - сказав Вебстер.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.