Начало года ознаменовалось целой серией научных публикаций, основанных на результатах работы международной космической миссии «ЭкзоМарс», в которой принимает участие и Россия. Эти статьи содержат большое количество новых данных о строении газовой оболочки Красной планеты. Часть из них не столько отвечают на уже поставленные вопросы об атмосфере Марса, сколько описывают новые загадки, требующие пристального изучения.
Основные инструменты TGO — два спектрометра: ACS и NOMAD. Они фиксируют поглощение атмосферой излучения Солнца в разных участках инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов. На фото — макет Trace Gas Orbiter, демонстрировавшийся в 2015 году на Парижском авиасалоне / ©Pline, Wikipedia
Наиболее громким открытием стало обнаружение хлороводорода в марсианской атмосфере при помощи разработанного российскими инженерами и учеными инструмента ACS. Посвященная ему публикация размещена в рецензируемом журнале Science Advances Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS). А еще в январе вышла статья с описанием циркуляции угарного газа в атмосфере Марса. Она опубликована в Nature Geoscience и тоже основана на данных спектрометра ACS.
Напомним, миссия «ЭкзоМарс» (ExoMars) — совместный проект Европейского космического агентства (ESA) и «Роскосмоса». Она состоит из двух аппаратов: искусственного спутника Марса Trace Gas Orbiter (TGO) и спускаемого модуля «Скиапарелли». Последний, к сожалению, из-за ошибки в программном обеспечении 19 октября 2016 года вместо мягкой посадки встретился с поверхностью Красной планеты на скорости порядка 300 километров в час. А TGO успешно работает более четырех лет и занимается исследованием распределения газов в атмосфере Марса.
Некоторое количество хлороводорода в атмосфере Марса ожидалось согласно ранее созданным моделям, но когда поначалу его не засекли, решили, что этого соединения в ней и нет (или концентрация за пределами чувствительности ACS). Однако один из исследователей решил проанализировать данные, полученные в неблагоприятное для наблюдений время марсианского года — в сезон пылевых бурь. Для спектрометра заполненная частичками песка атмосфера выглядит слишком шумной, и обычно в таких показаниях искать что-то бесполезно.
Но в ходе поисков тяжелого водяного пара (HDO), в котором один атом водорода замещен дейтерием, полезными были любые данные. Неожиданно оказалось, что в спектрах ACS выделяются линии хлороводорода. После повторного анализа всех ранее собранных показаний получилось восстановить картину происходящего.
Выяснилось, что хлороводород появляется на несколько недель и затем исчезает. Происходит это во время лета в южном полушарии планеты, которое из-за особенностей орбиты Марса гораздо теплее, чем аналогичный сезон на севере. Такое поведение HCl не согласуется ни с одной существующей моделью марсианской атмосферы. В ближайшем будущем ученым предстоит определить не только механизмы выработки этого газа, но и под действием каких процессов он распадается. Пока ни одна гипотеза не объясняет всех нюансов: вулканизма нужной силы на Марсе не зафиксировали, улетучиваться из атмосферы хлороводород не может (слишком тяжелый), а распасться под действием солнечного излучения он бы так быстро не смог. Возможно, дело в каких-то реакциях содержащихся в почве перхлоратов.
Атмосфера Марса по большей части состоит из углекислого газа (CO2). На больших высотах (порядка 60 километров) под действием ультрафиолета от него отрывается один атом кислорода — и получается угарный газ (CO). Поскольку марсианская атмосфера циркулирует, как и земная, по ячейкам Хэдли, значительная часть CO в результате спускается обратно к поверхности. Там этот газ частично связывается гидроксильным радикалом OH и снова превращается в CO2. Среднее время жизни одной молекулы угарного газа оценивается в 2,5 земных года (1,3 марсианского года), так что по их движению и концентрации в атмосфере можно судить сразу о многих процессах.
В частности, угарный газ позволяет отлично отслеживать движение марсианской атмосферы. На экваторе она нагревается и поднимается вверх, а затем расходится к полюсам, где опускается обратно. Причем, благодаря «жизненному циклу» CO на Марсе, вниз его движется заметно большее количество, чем поднимается вверх. Так удалось создать очень точную модель газовой оболочки Красной планеты и вместе с тем увидеть некоторые интересные процессы, об одном из которых расскажем ниже.
Среди прочего наблюдения с помощью ACS и NOMAD за циркуляцией атмосферы Марса выявили разницу в количестве поднимающегося вверх и опускающегося обратно водяного пара. То небольшое количество влаги, что содержится в марсианском грунте, постоянно испаряется. Этот процесс усиливается летом: молекулы воды улетучиваются в верхние слои атмосферы. Там они под действием ультрафиолета распадаются на кислород и водород, причем последний настолько легкий, что уносится в космос. Этот механизм был известен и ранее, но теперь его удалось измерить с высокой точностью.
