На этом изображении показано ядро породы «Береа» внутри буровой установки марсохода НАСА «Настойчивость». Каждое ядро, которое берет марсоход, размером с кусок школьного мела: 0,5 дюйма (13 миллиметров) в диаметре и 2,4 дюйма (60 миллиметров) в длину. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/АСУ/МССС.
Учёные, изучающие атмосферу, немного больше волнуются, когда марсоход НАСА Perseverance запечатывает каждое ядро породы в титановые пробирки для образцов, которые собираются для возможной доставки на Землю в рамках кампании по возврату образцов с Марса. На данный момент задержано двадцать четыре человека.
Большинство этих образцов состоят из каменных кернов или реголита (разрушенной породы и пыли), которые могут раскрыть важную информацию об истории планеты и о том, существовала ли микробная жизнь миллиарды лет назад. Но некоторые ученые не менее воодушевлены перспективой изучения «воздушного пространства» или воздуха в дополнительном пространстве вокруг каменистого материала, в трубах.
Они хотят узнать больше о марсианской атмосфере, которая состоит в основном из углекислого газа, но может также включать следовые количества других газов, которые могли существовать с момента образования планеты.
«Образцы воздуха с Марса расскажут нам не только о нынешнем климате и атмосфере, но и о том, как они изменились с течением времени», — сказала Брэнди Кэрриер, планетолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. «Это поможет нам понять, как развивается климат, отличный от нашего».
Ценность свободного пространства
Среди образцов, которые могут быть доставлены на Землю, есть одна трубка, наполненная исключительно газом, осажденным на поверхности Марса как часть хранилища образцов. Но гораздо большая часть газа в коллекции марсохода находится в свободном пространстве образцов горных пород. Они уникальны, поскольку газ будет взаимодействовать с каменным материалом внутри трубок в течение многих лет, прежде чем образцы можно будет открыть и проанализировать в лабораториях на Земле.
То, что ученые почерпнут из них, даст представление о том, сколько водяного пара витает вблизи поверхности Марса, что является одним из факторов, определяющих, почему лед образуется там, где он находится на планете, и как водный цикл Марса развивался с течением времени.
Ученые также хотят лучше понять следы газов в воздухе Марса. Наиболее интересным с научной точки зрения было бы обнаружение благородных газов (таких как неон, аргон и ксенон), которые настолько нереакционноспособны, что могли присутствовать в атмосфере в неизмененном виде с момента образования миллиарды лет назад.
Если их поймать, эти газы смогут показать, изначально ли Марс имел атмосферу. (На Древнем Марсе атмосфера была гораздо более плотной, чем сегодня, но ученые не уверены, существовала ли она всегда или возникла позже). Есть также большие вопросы о том, как древняя атмосфера планеты соотносится с атмосферой ранней Земли.
Кроме того, свободное пространство даст возможность оценить размер и токсичность частиц пыли — информация, которая поможет будущим астронавтам на Марсе.
«Образцы газа могут многое предложить марсианским ученым», — сказал Джастин Саймон, геохимик из Космического центра имени Джонсона НАСА в Хьюстоне, который входит в группу из более чем дюжины международных экспертов, которые помогают решить, какие образцы следует собрать марсоходу. «Даже ученые, которые не изучают Марс, будут заинтересованы, потому что это прольет свет на то, как формируются и развиваются планеты».
Здесь видна запечатанная трубка, содержащая образец марсианской поверхности, собранный марсоходом НАСА «Персеверанс» после того, как она была помещена вместе с другими трубками в «хранилище образцов». Остальные заполненные пробирки для проб хранятся внутри марсохода. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Пробы воздуха Аполлона
В 2021 году группа планетарных исследователей, в том числе учёные из НАСА, изучали воздух, доставленный с Луны в стальном контейнере астронавтами Аполлона-17 примерно 50 лет назад.
«Люди думают, что на Луне нет воздуха, но у нее очень разреженная атмосфера, которая со временем взаимодействует с камнями на лунной поверхности», — сказал Саймон, изучающий различные образцы планет в Джонсоне. «Это включает в себя благородные газы, вытекающие из недр Луны и собирающиеся на лунной поверхности».
Способ, которым команда Саймона извлекла газ для исследования, аналогичен тому, что можно было сделать с образцами воздуха «Персеверанса». Сначала они помещают ранее неоткрытый контейнер в герметичный корпус. Затем они проткнули сталь иглой, чтобы извлечь газ в холодную ловушку — по сути, U-образную трубу, которая уходит в жидкость, например, в азот, с низкой температурой замерзания. Изменяя температуру жидкости, ученые захватили часть газов с более низкой температурой замерзания на дне холодной ловушки.
«В мире около 25 лабораторий, которые манипулируют газом таким образом», — сказал Саймон. По его словам, этот подход не только используется для изучения происхождения планетарных материалов, но и может быть применен к газам из горячих источников и газам, выбрасываемым из стен действующих вулканов.
Конечно, эти источники дают гораздо больше газа, чем Perseverance имеет в своих пробирках для образцов. Но если в одной трубке недостаточно газа для конкретного эксперимента, марсианские ученые могут объединить газы из нескольких трубок, чтобы получить более крупный совокупный образец — еще один способ, которым свободное пространство предлагает дополнительную возможность для науки.
