Время от времени у самой марсианской поверхности ровер Curiosity регистрирует скачки концентрации метана — газа, который на Земле обычно производят живые организмы. При этом со спутников в атмосфере в целом его найти не удается. Этот парадокс породил среди ученых многолетние споры о том, есть ли метан на Марсе и если да, то как ему удается вести себя так парадоксально. Объяснить это попыталась команда планетологов из NASA.
Одно из «селфи» марсохода Curiosity. Составлено из нескольких десятков изображений, сделанных камерой MAHLI, которая расположена на манипуляторе ровера / © NASA, JPL
На Земле единственный биологический источник метана — метаногенные археи, которые образуют этот газ в бескислородных условиях как побочный продукт метаболизма. Метан появляется и иным путем, в условиях высоких температур и давлений — скажем, при извержении вулканов.
Когда ученые впервые обнаружили метан на Марсе в 1999 году с помощью наземного телескопа Canada-France-Hawaii Telescope, они зашли в тупик. С одной стороны, на Красной планете не нашли убедительных доказательств существования жизни или ее наличия в далеком прошлом. С другой — на Марсе не выявили признаков вулканической активности: вулканы перестали извергаться там давно. То есть никто не ожидал обнаружить этот газ на Красной планете. Тем не менее его нашли, и пока никто не знает, как он там оказался.
Еще больше путаницы с метаном на Марсе внес ровер Curiosity. Исследовательские приборы, установленные на борту «марсианской научной лаборатории на колесах», постоянно регистрируют следы этого газа вблизи поверхности кратера Гейла — единственного места на Марсе, где до сих пор был обнаружен метан.
Ученые предполагали, что источник этого газа — геологические механизмы, которые задействуют воду и горные породы глубоко под марсианской поверхностью. В таком случае выбросы должны быть постоянными. Но Curiosity опроверг это предположение. Марсоход показал, что метан ведет себя неожиданным образом: появляется ночью и исчезает днем. Кроме того, концентрация метана над кратером Гейла меняется в зависимости от времени года, а иногда достигает уровня, в 40 раз превышающего обычный.
Еще одна странность: метан не накапливается в атмосфере. Орбитальный аппарат Европейского космического агентства ExoMars Trace Gas Orbiter, отправленный на Красную планету в 2016 году специально для изучения газа в атмосфере, не выявил там его следов.
Почему одни научные приборы регистрируют метан на Красной планете, то есть на небольшой высоте от поверхности, а другие — нет? Почему этот газ ведет себя странным образом и его фиксируют только в одном месте — над кратером Гейла, но не в атмосфере?
В 2021 году на первый вопрос попыталась ответить команда Curiosity. Тогда ученые предположили, что ровер смог найти метан, а орбитальный зонд — нет, из-за различий в методике обнаружения этого газа. Причина может быть в научных инструментах, точнее, в их разном устройстве. Также это может быть связано с тем, что марсоход ищет метан на Марсе ночью, а орбитальный зонд — днем. NS уже рассказывал об этом эксперименте, подробнее с ним можно ознакомиться в нашей статье.
Со вторым вопросом попробовали разобраться планетологи из NASA под руководством Александра Павлова. Свои выводы исследователи представили в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research: Planets.
Ученые предположили, что метан — независимо от того, как он появляется — может накапливаться под твердой коркой соли, которая, в свою очередь, образуется в марсианском грунте на небольшой глубине. Соль переносится водой ближе к поверхности, а после замерзания воды близ холодной поверхности образует корку. Когда летом температура повышается, корка трескается и метан просачивается наружу. Кроме того, газ может вырываться из марсианских недр, когда на эту корку оказывается давление и она разламывается: например, давление может создавать тяжелый проезжающий марсоход. Последнее предположение объясняет, почему метан зафиксировали только в кратере Гейла.
На такие мысли ученых натолкнули результаты экспериментов, которые они ранее проводили в камере с имитацией марсианских условий. Планетологи исследовали пять образцов грунта, пропитанных перхлоратом разной концентрации. Перхлорат — соль, которая повсеместно встречается в марсианском грунте. Каждый образец подвергся воздействию различных температур и давлению в камере.
Периодически команда Павлова вводила в образцы неон, аналог метана, и измеряла давление газа под и над ними. Более высокое давление под образцами означало, что газ «захвачен» грунтом. Затем, в течение от трех до 13 дней, в грунте появлялась соленая корка, под которой начинал накапливаться газ, но только в образцах с концентрацией перхлората от пяти до 10 процентов.
Такая концентрация перхлората намного выше, чем зафиксированная Curiosity в реальном марсианском грунте в кратере Гейл. Но грунт там богат другим типом соли — сульфатами, которые команда Павлова хочет взять для нового эксперимента, чтобы выяснить, могут ли сульфаты образовывать корку с метаном.
Подытожим. Эксперимент в камере с имитацией марсианских условий показал, что перхлораты переносятся ближе к поверхности с помощью воды, а затем затвердевают, образуя твердую корку. Метан и другие летучие вещества могут накапливаться под ней, но под давлением (например, в результате бурения или движения марсохода) эта корка трескается, и из недр вырывается газ.
Отметим, что предположение группы Павлова закрывает только часть вопросов. Дело в том, что ночью марсоход всегда неподвижен, так как это телеуправляемая машина, а не автономный робот. Соответственно, он не может своими колесами нарушить целостность корки. К тому же ночью температура на Марсе падает на десятки градусов. В логике предположений Павлова это должно снижать вероятность просачивания метана на поверхность планеты. Однако он ведет себя строго наоборот: просачивается на поверхность ночью, а днем почему-то исчезает, несмотря на резкий и быстрый рост температур.
В связи с этим трудно исключать и альтернативное объяснение — быстрые вариации в уровне метана. Известно, что на поверхности Марса в теплые сезоны становится больше кислорода (синхронно с появлением метана). Иными словами, повышение температуры может запускать какие-то механизмы, способные одновременно высвобождать и метан, и кислород. Это достаточно нетривиально, потому что в земных условиях наработка кислорода обычно происходит в местах, где метан в дефиците.
Однако в 2010 году ученые обнаружили, что часть потребляющих метан микроорганизмов в земных условиях вырабатывает собственный кислород. Если на Марсе та же ситуация, то появление биогенного метана на поверхности (при «размораживании» приповерхностной корки) может активно идти ночью, а днем метанопотребляющие микробы просто разлагают этот метан, образуя кислород.
Комментарии
Метан идёт, значит есть геотермальная активность. А когда-то эти же "мочёные" рассказывали сказки про "давно остывшую мёртвую планетку". Что, теперь неудобно получается?
А про 100км ледяную кору на всём что можно (Европа, Титан, даже Церера) когда бред нести перестанем? Или что, 100 км это примерный порядок такой, есть 10, есть 100, а между ними ничего нет? Из-за таких бездарных людишек модель тонкой коры на Европе это уже явно маргинальная теория, сродни отсутствию вреда от глобального потепления. Публиковаться по тонкой коре тоже явно сложнее, чем послушно нести бред про 100 км. Да даже Энцелад до последнего записывали в 100-км кору с маленьким озерцом, потому что раз чушпаны от планетологии не могут догадаться откуда океан, то океан иметь неположено. Презренные недалёкие людишки, тьфу!