В этом году марсианский ровер NASA «Кьюриосити» сможет окончательно разрешить загадку, которая не дает покоя всему научному сообществу вот уже половину века: содержится все-таки в атмосфере Марса метан?

Сегодня «Кьюриосити» отмечает свое трехлетнее нахождение на Марсе. Автономная научная лаборатория размером с автомобиль осуществила посадку на планету 6 августа 2012 года и с тех пор многое узнала об этом мире, включая то, что когда-то по нему бежали древние реки воды. Немало времени ровер потратил и на измерение радиационного фона на Марсе. В рамках этих исследований «Кьюриосити» обнаружил доказательство того, что эта планета многие миллионы лет назад могла поддерживать жизнь.

Крупнейшее и самое важное открытие марсохода состоялось в прошлом году, когда ученые из NASA объявили о том, что ровер зафиксировал остаточный метан в атмосфере Марса, что могло бы говорить в пользу того, что на планете должно быть что-то, что этот метан производит. В статье, опубликованной в научном журнале Science, ученые сообщали о том, что бортовой научный инструмент «Кьюриосити» SAM (Sample Analysis at Mars) измерил средний объем метана в атмосфере Марса и выяснил, что в период между концом 2013 и началом 2014 года этот показатель составлял 7 миллиардных долей. Измерения до и после этих дат составляли всего 0,7 миллиардной доли.

Эти открытия вновь разожгли споры о том, так есть ли метан на Марсе. В 1960-х годах прошлого века космический аппарат NASA тоже обнаружил метан, однако при более тщательном анализе выяснилось, что открытие представляет собой совсем иной газ. С тех пор исследователи не перестают использовать наземные средства и космические аппараты, для того чтобы окончательно выяснить наличие и местонахождение метана Марса. Для науки этот вопрос является очень серьезным, а его решение — очень важным. Во-первых, это окончательно закончит многолетние споры. Но вторая причина еще более важная. Метан является признаком наличия органического вещества. В потенциале — даже жизни. На Земле около 90 процентов атмосферного метана производится в результате распада органики.

«Исследование возможности наличия метана на Марсе — это еще и поиск его возможных биологических источников», — объясняет Крис Вебстер, ведущий автор статьи журнала Science и старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA.

Однако не все в научном сообществе уверены в том, что обнаруженный «Кьюриосити» метан имеет именно марсианский источник и происхождение. Например, Кевин Занли, специалист Научно-исследовательского центра им. Эймса NASA считает, что с замерами метана вообще происходит чуть ли не комичная ситуация — то он вдруг появляется, то вдруг исчезает. Это могло бы говорить о том, что его источник может находиться где-то поблизости, однако Занли говорит, что этот источник необязательно находится на Марсе.

«Есть один известный источник метана на Марсе. Это сам марсоход», — говорит Занли.

«Поэтому с точки зрения принципа бритвы Оккама, в первую очередь вы должны подумать о том, что метан действительно как-то производится самим ровером».

История марсианского метана

Содержит ли атмосфера Марса метан или нет? Этот вопрос был предметом спора долгие десятилетия. Все началось в 1969 году, когда исследователи из Калифорнийского университета в Беркли объявили о том, что космический аппарат NASA Mariner 7, пролетая мимо Марса, зафиксировал концентрацию метана над полярными шапками планеты. Через месяц эту информацию опровергли, объяснив это тем, что за метан был ошибочно принят углекислый газ, подымавшийся над полярным льдом. Научный инструмент космического аппарата был недостаточно чувствителен, чтобы правильно различить CO2 и метан.

Изображение показывает концентрации метана на Марсе, обнаруженные специалистами NASA в 2003 году. Красные области показывают более повышенную концентрацию

Спустя время, благодаря наземным телескопам, специалисты NASA создали своеобразную карту концентрации метана на Марсе. Некоторые области этой карты указывали на содержание метана в 60 миллиардных долей. Для сравнения: концентрация метана в земной атмосфере составляет 2000 миллиардных долей.

Ученые, правда, при этом столкнулись с одной странностью. Показатели наличия метана не являлись перманентными. К 2006 году практически весь зафиксированный над планетой метан мистическим образом исчез. Ученых это очень удивило, особенно когда учитывался факт того, что период распада метана на Марсе, при его атмосферных особенностях, занял как минимум 300 лет. Именно столько времени потребовалось бы ультрафиолетовым лучам Солнца, чтобы расщепить молекулы этого газа. Другими словами, обнаруженный в 2003 году метан по-прежнему должен был там же и оставаться в 2006 году.

В 2004 году орбитальный космический аппарат Mars Express тоже обнаружил метан в атмосфере планеты. И что интересно, области, где он был обнаружен, не соответствовали тем зонам, о которых указывали наземные космические телескопы. Это несоответствие натолкнуло Занли и других ученых на одинаковую мысль: точного и неоспоримого доказательства наличия метана на Марсе нет.

Именно поэтому ключевой задачей марсохода «Кьюриосити» являлось измерение концентрации этого газа. В теории доказать наличие газа с марсианской поверхности будет проще, чем пытаться найти его с Земли или марсианской орбиты. Инженеры, собиравшие ровер, оснастили его научными приборами SAM, созданными специально для поиска химических соединений углерода, в том числе и метана.

Однако когда «Кьюриосити» опустился на поверхность Красной планеты в 2012 году, SAM не мог обнаружить никаких признаков метана в течение последующего года нахождения ровера на Марсе.

Неожиданный всплеск

Инструмент SAM марсохода «Кьюриосити» состоит из двух камер. Одна из них, оптическая камера, генерирует лазерный луч, который проникает в другую камеру, называемую камерой с ячейками для образцов. Камера с ячейками для образцов заполняется, да, образцами марсианского воздуха. После этого подающийся в камеру лазер начинает по ней перемещаться, благодаря установленным в ней зеркалам. Время, которое требуется лазеру для одного прохода между зеркалами, является индикатором того, какие компоненты, включая метан, находятся в этом образце.

Схема и сам научный инструмент «Кьюриосити» SAM

Когда исследователи NASA впервые включили инструмент SAM после посадки «Кьюриосити» на поверхность Марса, они сразу же обнаружили мощные сигналы наличия метана. Только этот метан был не марсианский. Это был метан земной. Марсоход привез с собой остаточный метан теплого флоридского воздуха, который накопился в камере оптических датчиков. Ученые дали команду на очистку камеры, оставив в ней только незначительную часть метана, для сравнения.

После этого инструмент SAM зафиксировал едва уловимые сигналы метана, указывающие на соотношение примерно 0,7 миллионной доли. Крис Вебстер говорит, что такой сигнал в научном сообществе чаще всего рассматривается как «отсутствие» компонента, нежели его наличие.

«Весь научный мир был очень расстроен этой новостью», — говорит Вебстер.

«После этого появились тысячи статей на тему того, что согласно этим показателям на Марсе нет жизни».

В конце 2013 года SAM обнаружил четыре больших всплеска концентрации метана. В среднем эти показатели составляли 7 миллионных долей, что является высокими, как минимум в 10 раз более высокими, чем предыдущие, показателями. Всплески отмечались в двухмесячный период, после чего пропали. Инструмент SAM опять фиксировал концентрацию метана на уровне 0,7 миллиардных долей. Это навело ученых на мнение о том, что ровер сам явился источником одного из мистических всплесков метана.

Может быть, утечка?

В настоящий момент «Кьюриосити» находится в кратере Гейла

Когда Занли впервые услышал об этих находках, он сразу же отнесся к ним с подозрением. Есть несколько способов, в рамках которых ровер сам мог стать причиной этих неожиданно появляющихся и так же неожиданно исчезающих всплесков концентрации метана. Возможно, происходит утечка метана из одного из отсеков «Кьюриосити». Возможно, в камере оптики остался земной метан, концентрация которого каким-то образом увеличивается. Занли говорит, что команда «Кьюриосити» в курсе этих потенциально возможных утечек, но старается объяснить все всплески и возможные источники «более обнадеживающим» образом.

«Было бы хорошо, если бы они менее оптимистично и более хладнокровно подходили к этому вопросу», — говорит Занли.

«Уже точно известно, что внутри ровера находится метан. Этот метан выходит из ровера. Возможно, некоторые из его деталей могли дать течь, из которой и образуется этот метан».

Однако Вебстер отрицает идею того, что во всем следует винить только сам марсоход. Он отмечает, что 7 миллиардных долей является слишком высоким показателем для концентрации метана в камере оптики.

«С этим не согласны не только я, но и цифры», — дополняет Занли.

Тем не менее, со слов Криса Вебстера, вопросы и споры о наличии метана на Марсе скоро подойдут к своему завершению. Вполне вероятно, что всплеск концентрации этого газа носит сезонный характер и происходит каждый год на Марсе в северных его регионах. В этом ноябре должен пройти один полный марсианский год с тех пор, как два земных года назад были обнаружены всплески метана. Если эти всплески повторятся, то это будет означать их цикличность.

«Если метан вернется, то это будет самая невероятная история о марсианском метане за все время его исследования, потому что будет не просто очередное наблюдение. Мы станем свидетелями повторяющейся цикличности, связанной с ним».

Возвращение метана можно будет объяснить двумя разными способами. Возможно, каждую марсианскую весну Солнце находится в таком положении, что начинает разрушать своими лучами древний органический материал рядом с тем местом, где высадился «Кьюриосити». А возможно, это будет означать куда более значимое событие: на Марсе есть живые организмы, которые и производят этот метан. При этом на его производство требуется полный марсианский год. Но если метан не вернется, то это может означать, что все его наблюдения были случайностью.

Так является ли Марс безжизненным космическим булыжником или местом, где могут жить микроорганизмы? Спустя три года миссии «Кьюриосити» пока не ответил на этот вопрос, а лишь углубился в его изучении.