Космический аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) европейско-российской миссии ExoMars работает на орбите Красной планеты уже год. За это время он успел выполнить много полезных дел: составил более детализированную карту распределения воды под поверхностью планеты, изучил влияние глобальных пылевых бурь на атмосферу Марса, а так же… не обнаружил никаких следов присутствия метана в его атмосфере, что углубило загадку его открытия инструментами марсохода «Кьюриосити» американского аэрокосмического агентства NASA и датчиками зонда Mars Express Европейского космического агентства (ЕКА), о которых сообщалось ранее.

Открытие метана на Марсе стало настоящей сенсацией. На Земле почти все запасы этого газа в атмосфере носят биологическое происхождение (часть, однако связана с геохимическими процессами), и он быстро разрушается в результате взаимодействия его молекул с солнечными лучами и кислородом. По этой причине многие ученые выступили с предположением о том, что источником марсианского метана могут быть марсианские микробы.

Буквально на прошлой неделе NASA и ЕКА объявили, что и марсоход «Кьюриосити» и орбитальный аппарат Mars Express обнаружили большие выбросы метана с интервалом в один день в 2013 году и даже смогли провести триангуляцию наиболее вероятного источника выбросов. Однако опубликованные журналом Nature свежие результаты наблюдений космическим аппаратом TGO демонстрируют совсем иную картину содержания этого газа в атмосфере Красной планеты.

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 — 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). Эти измерения орбитальный зонд проводит с помощью спектрометров ACS и NOMAD.

Несмотря на относительно малую продолжительность наблюдений, зонду удалось измерить концентрацию метана почти в ста точках над поверхностью Красной планеты. Большая часть этих измерений относится к приполярным областям, однако несколько точек захватывают и экваториальные широты, в частности область кратера Гейла, где марсоход «Кьюриосити» обнаружил большой выброс газа в атмосферу. Анализ полученных данных показывает, что во всех этих точках TGO отметил концентрацию не более 0,15 миллиардных долей объема с учетом погрешностей. Это в сто раз меньше данных Mars Express и в десять раз меньше данных «Кьюриосити».

Карта местности, исследованием которой занимался TGO для расчета концентрации метана в атмосфере

«Мы повысили точность замеров на несколько порядков по сравнению с инструментом SAM на борту марсохода «Кьюриосити». Нам удалось найти следы воды в чрезвычайно сухой атмосфере Марса, но мы так и не обнаружили даже минимальных количеств метана, которые были бы выше уровня фонового шума, не говоря уже о тех его количествах, которые были зафиксированы ровером NASA», — комментирует один из научных руководителей миссии ExoMars-TGO Олег Кораблев из Института космических исследований РАН.

«Мы не критикуем замеры, которые проводились другими командами – нужно понимать, что мы вели наблюдения прошлым летом и осенью, а марсоход и зонд – пять лет назад. С другой стороны, теперь нам еще сложнее объяснить то, куда мог исчезнуть этот метан, учитывая те механизмы, которые могут его уничтожать», — добавляет ученый.

В середине 2018 года на Марс опустилась глобальная пылевая буря, стоившая «жизни» одному из марсоходов аэрокосмического агентства NASA — «Оппортьюнити». Наблюдая за этим событием сверху, орбитальный аппарат TGO получил отличную возможность для того, чтобы разобраться, какое влияние подобные гигантские бури оказывают на атмосферу планеты. Анализ данных проводился другой группой ученых под руководством Анн Вандале. Результаты их исследования также были опубликованы в журнале Nature.

Объемные концентрации воды и «полутяжелой» воды и их отношение в зависимости от высоты. Линии разного цвета описывают разные моменты относительно шторма 30 мая

Ученые провели замеры вертикального распределения пыли, воды и «полутяжелой» воды (в ее молекулах содержится по одному атому водорода и дейтерия) до высоты 90 километров над поверхностью. Анализ данных показал, что перед пылевой бурей 30 мая 2018 года «полутяжелая» вода практически пропала с высот более 40 километров, что указывает на процесс формирования водно-ледяных облаков. Однако во время шторма эта концентрация снова повышалось, что говорит о том, что только что сформировавшиеся облака нагревались, таяли и разрушались. Ученые отмечают, что эти процессы могут еще сильнее ускорить циркуляцию веществ по атмосфере.

Вода содержится не только в атмосфере Красной планеты, но и под ее поверхностью. С помощью инструмента FREND зонд TGO с мая по сентябрь прошлого года провел несколько сканирований поверхности Марса, благодаря чему ученым удалось обновить глобальную карту распределения воды в почве на глубине до 1 метра. С помощью инструмента проводилось наблюдение за тем, как космические лучи взаимодействуют с поверхностью. В частности, аппарат измерял скорость отражения (отскока) нейтронов от поверхности – содержащиеся в ней в форме льда водород, а также гидратированные минералы их замедляют, позволяя аппарату определять количественное содержание воды в том или ином регионе.

Карта распределения подповерхностной воды на Марсе, созданная с помощью аппарата TGO

Результаты оказались схожими с выводами предыдущих наблюдений. Самая большая концентрация воды находится в полярных регионах (в частности, рядом с Северным полюсом планеты), в то время как остальные части планеты покрыты чередующимися «влажными» и «сухими» регионами. Работа инструмента FREND еще не завершена, однако ученые уже получили наиболее детализированную карту распределения воды на планете.

«Всего за 131 день работы инструмента мы смогли во много раз более детализированную карту, по сравнению с той, что была создана на базе 16-летних данных наблюдений космическим аппаратом Mars Odyssey», — комментирует Игорь Митрофанов, ведущий автор исследования по детализации распределения воды на Марсе.

«Данные постоянно пополняются. Со временем мы получим полную карту распределения подповерхностных марсианских вод. Это важно не только для определения богатых водой регионов планеты, но и для понимая общей эволюции Марса. Кроме того, данные обязательно пригодятся для будущих миссий по исследованию Красной планеты», добавляет ученый.