Открытие миссии «ExoMars» вновь поднимает спор о метане на Марсе

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, представлены в двух статьях (раз, два), принятых к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

«Обе полосы поглощения: и углекислоты, и озона – находятся именно в том диапазоне, где мы 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», – рассказывает Кевин Олсен, ведущий автор исследования, посвященного озону, из Оксфордского университета (Великобритания).

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», – пояснил Александр Трохимовский, ведущий автор первого исследования и соавтор второго из отдела физики планет ИКИ РАН.

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 нас к лучшему пониманию Красной планеты и того, что происходит в ее атмосфере», – заключает Александр Трохимовский.

«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.