Max Home IndustryСамое удивительное открытие, сделанное марсоходом НАСА Curiosity, — то, что с поверхности кратера Гейла просачивается метан, — заставляет ученых ломать голову.
Живые существа производят большую часть метана на Земле. Но ученые не нашли убедительных признаков современной или древней жизни на Марсе и поэтому не ожидали обнаружить там метан. Тем не менее портативная химическая лаборатория на борту Curiosity, известная как SAM, или Sample Analysis at Mars, постоянно обнаруживает следы газа у поверхности кратера Гейла — единственного места на поверхности Марса, где до сих пор был обнаружен метан. Его вероятным источником, как предполагают ученые, являются геологические механизмы, в которых участвуют вода и горные породы, находящиеся глубоко под землей.
Если бы это была вся история, все было бы просто. Однако SAM обнаружил, что в кратере Гейла метан ведет себя неожиданным образом. Он появляется ночью и исчезает днем. Его уровень колеблется в зависимости от сезона, а иногда подскакивает до уровня, в 40 раз превышающего обычный. Удивительно, но метан также не накапливается в атмосфере: Орбитальный аппарат ЕКА (Европейское космическое агентство) ExoMars Trace Gas Orbiter, отправленный на Марс специально для изучения газа в атмосфере, не обнаружил метана.
Почему одни научные приборы обнаруживают метан на Марсе, а другие — нет?
«Это история с множеством поворотов сюжета», — говорит Эшвин Васавада, научный сотрудник проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая руководит миссией Curiosity.
Ученые, изучающие Марс, заняты лабораторными работами и компьютерным моделированием, чтобы объяснить, почему этот газ ведет себя странно и обнаруживается только в кратере Гейла. Недавно исследовательская группа НАСА поделилась интересным предложением.
В мартовской статье, опубликованной в Journal of Geophysical Research: Планеты», группа предположила, что метан — независимо от способа его производства — может быть запечатан под затвердевшей солью, которая может образоваться в марсианском реголите — „почве“, состоящей из разрушенных пород и пыли. Когда температура повышается в теплое время года или суток, ослабляя герметичность, метан может просочиться наружу.
Исследователи под руководством Александра Павлова, ученого-планетолога из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, предполагают, что газ также может извергаться струйками, когда уплотнения трескаются под давлением, например, проезжающего по ним ровера размером с небольшой внедорожник. По словам Павлова, гипотеза команды может помочь объяснить, почему метан обнаружен только в кратере Гейла, учитывая, что это одно из двух мест на Марсе, где робот перемещается и бурит поверхность. (Другое место — кратер Джезеро, где работает ровер НАСА Perseverance, но у него нет прибора для обнаружения метана).
Павлов связывает возникновение этой гипотезы с экспериментом, который он проводил в 2017 году и в котором выращивал микроорганизмы в симуляторе марсианской вечной мерзлоты (замерзшей почвы), пропитанной солью, как и большая часть марсианской вечной мерзлоты.
Павлов и его коллеги проверили, смогут ли бактерии, известные как галофилы, которые живут в соленых озерах и других богатых солью средах на Земле, процветать в аналогичных условиях на Марсе.
По его словам, результаты выращивания микробов оказались неубедительными, но исследователи заметили нечто неожиданное: Верхний слой почвы образовал соляную корку, так как соленый лед сублимировался, превращаясь из твердого тела в газ и оставляя после себя соль.
Вечная мерзлота на Марсе и Земле
«В тот момент мы не придали этому особого значения», — говорит Павлов, но он вспомнил о почвенной корке в 2019 году, когда перестраиваемый лазерный спектрометр SAM обнаружил вспышку метана, которую никто не мог объяснить.
«Именно тогда у меня в голове все перевернулось», — говорит Павлов. И тогда он с командой начал тестировать условия, при которых могут образоваться и расколоться затвердевшие соляные уплотнения.
Команда Павлова протестировала пять образцов вечной мерзлоты с разной концентрацией соли под названием перхлорат, которая широко распространена на Марсе. (Вечной мерзлоты в кратере Гейла сегодня, скорее всего, нет, но уплотнения могли образоваться давно, когда Гейл был холоднее и ледянее). Ученые подвергали каждый образец воздействию различных температур и давления воздуха в камере для моделирования Марса в NASA Goddard.
Периодически команда Павлова закачивала под образец грунта неон, аналог метана, и измеряла давление газа под и над ним. Более высокое давление под образцом означало, что газ находится в ловушке. В итоге уплотнение образовалось в марсоподобных условиях в течение трех-тринадцати дней только в образцах с концентрацией перхлората от 5 до 10 %.
Это образец имитации марсианского реголита — «почвы», состоящей из разрушенных камней и пыли. Это один из пяти образцов, в которые ученые добавили различную концентрацию соли под названием перхлорат, широко распространенной на Марсе. Каждый образец подвергался воздействию марсоподобных условий в камере для моделирования Марса в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Хрупкие комки в образце выше показывают, что в этом образце не образовалось уплотнение соли, потому что концентрация соли была слишком низкой. 
На этом снимке — еще один образец марсианской «почвы» после того, как он был извлечен из камеры для моделирования Марса. Поверхность запечатана твердой коркой соли. Александр Павлов и его команда обнаружили, что уплотнение образуется после того, как образец провел от трех до 13 дней в марсоподобных условиях, и только при концентрации перхлоратной соли от 5 до 10 %. Цвет светлее в центре, где образец был поцарапан металлическим резцом. Светлый цвет указывает на более сухую почву под верхним слоем, которая впитала влагу из воздуха, как только образец был извлечен из камеры моделирования, и стала коричневой.
Это гораздо более высокая концентрация соли, чем та, которую Curiosity измерил в кратере Гейла. Но реголит там богат другим типом солевых минералов, называемых сульфатами, которые команда Павлова хочет проверить, могут ли они также образовывать уплотнения.
Марсоход Curiosity прибыл в регион, который, как полагают, сформировался во время высыхания климата Марса.
Улучшение нашего понимания процессов образования и разрушения метана на Марсе — одна из ключевых рекомендаций старшего обзора планетарных миссий НАСА 2022 года, и теоретическая работа, подобная работе Павлова, имеет решающее значение для этих усилий. Однако ученые говорят, что им также нужны более последовательные измерения метана.
SAM ищет метан лишь несколько раз в год, потому что в остальное время он занят своей основной работой — бурением образцов с поверхности и анализом их химического состава.
«Эксперименты с метаном требуют значительных ресурсов, поэтому мы должны быть очень стратегическими, когда решаем их проводить», — говорит Чарльз Малеспин из Годдарда, главный исследователь SAM.
Тем не менее, чтобы проверить, как часто скачет уровень метана, например, потребуется новое поколение поверхностных приборов, которые будут непрерывно измерять метан из многих мест на Марсе, говорят ученые.
«Часть работы по метану придется оставить будущим космическим аппаратам, которые будут в большей степени нацелены на ответы на эти конкретные вопросы», — говорит Васавада.