Заполненная солеными озерами соляная равнина Кискиро в регионе Альтиплано в Южной Америке представляет собой тот тип ландшафта, который, по мнению ученых, мог существовать в кратере Гейла на Марсе, который исследует марсоход НАСА Curiosity. Фото: Максим Бочаров
Самое удивительное открытие марсохода НАСА Curiosity — метан просачивается с поверхности кратера Гейла — заставляет ученых чесать затылки.
Живые существа производят большую часть метана на Земле. Но ученые не нашли убедительных признаков современной или древней жизни на Марсе и поэтому не ожидали найти там метан. Тем не менее, портативная химическая лаборатория на борту «Кьюриосити», известная как SAM, или «Анализ проб на Марсе», постоянно обнаруживает следы газа вблизи поверхности кратера Гейла, единственного места на поверхности Марса, где до сих пор был обнаружен метан. Его вероятным источником, как предполагают ученые, являются геологические механизмы, в которых участвуют вода и горные породы глубоко под землей.
Если бы это была вся история, все было бы легко. Однако SAM обнаружил, что метан в кратере Гейла ведет себя неожиданным образом. Он появляется ночью и исчезает днем. Он колеблется в зависимости от сезона и иногда достигает уровня в 40 раз выше обычного. Удивительно, но метан также не накапливается в атмосфере: орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter ЕКА (Европейского космического агентства), отправленный на Марс специально для изучения газа в атмосфере, не обнаружил метана.
Почему некоторые научные инструменты обнаруживают метан на Красной планете, а другие нет?
«Это история со множеством поворотов сюжета», — сказал Эшвин Васавада, научный сотрудник проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая возглавляет миссию Curiosity.
Метан заставляет марсианских ученых заниматься лабораторными работами и проектами компьютерного моделирования, целью которых является объяснение того, почему газ ведет себя странно и обнаруживается только в кратере Гейла. Исследовательская группа НАСА недавно поделилась интересным предложением.
В мартовской статье в журнале «Журнал геофизических исследований: Планеты» группа предположила, что метан — независимо от того, как он производится — может быть запечатан под затвердевшей солью, которая может образоваться в марсианском реголите, который представляет собой «почву», состоящую из разбитой породы и пыли. . Когда температура повышается в теплое время года или в более теплое время суток, что ослабляет герметичность, метан может просачиваться наружу.
Исследователи под руководством Александра Павлова, планетолога из Центра космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, предполагают, что газ также может извергаться клубами, когда уплотнения трескаются под давлением, скажем, марсохода размером с небольшой внедорожник, проезжающего по нему. . Гипотеза команды может помочь объяснить, почему метан обнаруживается только в кратере Гейла, сказал Павлов, учитывая, что это одно из двух мест на Марсе, где робот бродит и бурит поверхность. (Другой — кратер Джезеро, где работает марсоход НАСА «Настойчивость», хотя у этого марсохода нет прибора для обнаружения метана.)
Павлов связывает происхождение этой гипотезы с несвязанным с ним экспериментом, который он провел в 2017 году, в котором участвовало выращивание микроорганизмов в искусственной марсианской вечной мерзлоте (замерзшей почве), наполненной солью, как и большая часть марсианской вечной мерзлоты.
Павлов и его коллеги проверили, могут ли бактерии, известные как галофилы, обитающие в соленых озерах и других богатых солью средах на Земле, процветать в аналогичных условиях на Марсе.
По его словам, результаты выращивания микробов оказались неубедительными, но исследователи заметили нечто неожиданное: верхний слой почвы образовал соляную корку, когда соленый лед сублимировался, превращаясь из твердого тела в газ, оставляя после себя соль.
Вечная мерзлота на Марсе и Земле
«В тот момент мы об этом не особо задумывались», — сказал Павлов, но он вспомнил почвенную корку в 2019 году, когда перестраиваемый лазерный спектрометр SAM обнаружил выброс метана, который никто не мог объяснить.
«Именно тогда это пришло мне в голову», — сказал Павлов. И именно тогда он и его команда начали тестировать условия, при которых могут образовываться и растрескиваться затвердевшие соляные печати.
Команда Павлова протестировала пять образцов вечной мерзлоты, наполненных различными концентрациями соли под названием перхлорат, которая широко распространена на Марсе. (Вероятно, сегодня в кратере Гейла нет вечной мерзлоты, но уплотнения могли образоваться давным-давно, когда Гейл был холоднее и ледянее.) Ученые подвергли каждый образец воздействию различных температур и давления воздуха в камере моделирования Марса в НАСА Годдард.
Периодически команда Павлова вводила неон, аналог метана, под образец почвы и измеряла давление газа под и над ним. Более высокое давление под образцом означало, что газ оказался в ловушке. В конечном итоге печать сформировалась в марсианских условиях в течение 3–13 дней только в образцах с концентрацией перхлората от 5% до 10%.
Это гораздо более высокая концентрация соли, чем замерил Curiosity в кратере Гейла. Но тамошний реголит богат солевыми минералами другого типа, называемыми сульфатами, которые команда Павлова хочет затем проверить, чтобы увидеть, могут ли они также образовывать печати.
Марсоход Curiosity прибыл в регион, который, как полагают, образовался в результате высыхания климата Марса.
Улучшение нашего понимания процессов образования и разрушения метана на Марсе является ключевой рекомендацией старшего обзора планетарной миссии НАСА 2022 года, и теоретическая работа, подобная работе Павлова, имеет решающее значение для этих усилий. Однако ученые говорят, что им также необходимы более последовательные измерения содержания метана.
SAM обнаруживает метан только несколько раз в год, поскольку в остальное время он занят своей основной работой — бурением проб с поверхности и анализом их химического состава.
«Эксперименты с метаном требуют больших ресурсов, поэтому мы должны действовать стратегически, когда решаем их проводить», — сказал Чарльз Мэлеспин из Годдарда, главный исследователь SAM.
Тем не менее, по словам ученых, чтобы проверить, как часто повышаются уровни метана, потребуется новое поколение наземных приборов, которые непрерывно измеряют уровень метана во многих местах по всей Марсе.
«Некоторая часть работы по метану придется оставить будущим наземным космическим кораблям, которые будут больше сосредоточены на ответах на эти конкретные вопросы», — сказал Васавада.
