В воздухе на Марсе творится что-то смешное

Если вы хотите обнаружить жизнь на другой планете, ищите биомаркеры — спектроскопические признаки химических веществ, которые выдают активность живых существ. И на самом деле мы, возможно, уже нашли биомаркер. В 2003 году земные астрономы заметили проблески метана в марсианской атмосфере. Открытие изначально вызвало столько споров, что сами первооткрыватели воздерживались от его публикации. Но мы вдвоем и наши коллеги недавно подтвердили наличие метана с помощью марсохода НАСА Curiosity. Это самое весомое доказательство того, что мы когда-либо собирали, что мы, возможно, не одиноки во Вселенной.

Почти независимо от того, откуда берется метан, это интригующее открытие. Если вы бросите молекулу метана в атмосферу Марса, она проживет около 300 лет — именно столько в среднем потребуется солнечному ультрафиолетовому излучению и другим марсианским газам, чтобы разрушить молекулу. По правде говоря, марсианская атмосфера должна была быть очищена от метана эоны лет назад. Таким образом, метан, который мы видим, должен поступать либо из источника, который производит метан сегодня, либо из подземного резервуара, который выбрасывает метан, произведенный когда-то в прошлом. На Земле 95% метана имеет биологическое происхождение. Класс бактерий, известных как метаногены, питается органическими веществами и выделяет метан. Они населяют водно-болотные угодья нашей планеты, на долю которых приходится почти четверть метана, присутствующего в атмосфере Земли во всем мире. Кишечные бактерии коров являются вторыми по величине производителями. Именно возможность существования микробной жизни подтолкнула к поиску метана на Марсе.

Но даже если метан образуется в результате геологических процессов, это придаст нам новое глубокое уважение к тому, что внешне выглядит как геологически мертвый мир. Метан может образовываться в результате геохимического процесса серпентинизации, который широко распространен в земной коре, особенно в теплых и горячих гидротермальных источниках на дне океана, известных как Затерянный город и Черные курильщики. Этот процесс требует источника геологического тепла, а также жидкой воды. Это также два основных компонента жизни.

ТТайна не только в том, что мы видим метан, когда не должны. Дело также в том, что в некотором смысле мы слишком много видим этого. Содержание метана на Марсе сильно различается по месту и времени, что указывает не только на неизвестный источник, но и на неизвестный поглотитель. Разница была очевидна в самых первых обнаружениях с помощью телескопов на Гавайях и в Чили, о чем сообщил астроном НАСА Майкл Мумма на заседании Отдела планетарных наук в 2003 году. В следующем году Витторио Формисано из Института межпланетной космической физики в Риме и его команда (включая одного из нас, Атрейю) опубликовала данные, полученные с орбитального аппарата Европейского космического агентства «Марс Экспресс». Как и Мумма, команда Формизано наблюдала изменения в содержании метана, хотя значения, измеренные с помощью Mars Express, были намного ниже, около 15 частей на миллиард по объему (ppbv) в среднем по миру. Для сравнения, содержание метана на Земле составляет 1875 частей на миллиард. (Концентрация газа обычно измеряется объемом, который занимает газ, а не его массой.)

Марс действительно активен и потенциально может содержать прошлую или настоящую микробную жизнь.

Оба набора наблюдений искали инфракрасный спектральный отпечаток метана в солнечном свете, отраженном от марсианской атмосферы. Наземные телескопические наблюдения просматривали собственный воздух Земли, который также содержит метан, поэтому анализ должен был разделить сигналы марсианского и земного метана. Хотя орбитальные данные не страдали от этой проблемы, у них были свои искажающие факторы, такие как присутствие других газов с перекрывающимися спектральными линиями в той же области. Обе команды были очень осторожны, но их наблюдения остаются спорными и по сей день.

Удивительно, но в течение одного двухмесячного периода четыре последовательных наблюдения показали всплеск на 7 ppbv. Эти значения были слишком высоки, чтобы их можно было объяснить кометами, метеоритами или пылью. Должно быть, они были марсианского происхождения — возможно, это отрыжка из относительно небольшого локализованного подземного источника к северу от места посадки. Марсианский ветер унесет этот метан в течение нескольких месяцев, что объясняет, почему сигнал исчез именно тогда, когда он исчез. В качестве альтернативы, этот импульс может исходить от удаленного и гораздо более крупного источника, что потребует какого-то другого неизвестного механизма для быстрого удаления метана. Как и более ранние наблюдения шлейфов, шипы, замеченные Curiosity, остаются дразнящим ключом к все еще загадочному Марсу.

Данные по метану показали, что Марс действительно активен и потенциально может содержать прошлую или настоящую микробную жизнь. Но остается много загадок, демонстрирующих, что любой потенциальный биомаркер, который мы видим, всегда требует кропотливой последующей работы. ExoMars Trace Gas Orbiter Европейского космического агентства, который достиг Марса в прошлом месяце, включает в себя мощные приборы для обнаружения метана, глядя либо прямо вниз, либо на край планеты при контровом солнечном свете. Пара методов может измерить, как изобилие меняется с высотой и распространяется по планете. Поскольку Curiosity продолжает свои приповерхностные измерения с ExoMars, смотрящим сверху вниз, мы сможем ответить на вопрос: в какой степени измерения марсохода репрезентативны для всей планеты? И тогда мы сможем начать понимать, разделяем ли мы нашу солнечную систему с марсианскими микробами

Чтобы решить эту проблему, НАСА решило в 2004 году посвятить инструмент Марсианской научной лаборатории (вместе с марсоходом Curiosity) исследованию метана. Пакет инструментов для анализа проб на Марсе (SAM), созданный и управляемый группой под руководством Пола Махаффи из НАСА, включал в себя перестраиваемый лазерный спектрометр (TLS). TLS выполняет измерение метана на месте в четко определенном атмосферном объеме с известной температурой и давлением. Сначала прибор всасывает марсианский воздух в ячейку размером с кофейную чашку. Затем он стреляет инфракрасным лазером в газ, чтобы увидеть, сколько света поглощается. Лазер сканирует по длинам волн, чтобы найти отличительные признаки метана и других газов. Сам по себе TLS может измерять метан с точностью до 2 частей на миллиард. Чтобы достичь еще более высокой чувствительности, SAM медленно пропускает поглощенный газ через состав, который очищает доминирующий газообразный диоксид углерода, тем самым обогащая сигналы метана и снижая погрешность измерения примерно до 0,1 ppbv. На Земле метод TLS использовался с 1980-х годов и позволил произвести первые воздушные измерения резервуаров хлора в озоновой дыре, отношения дейтерия к водороду в перистых облаках и измерений метана во многих местах.

Прибор имеет один потенциальный источник ошибки. За несколько недель до запуска космический корабль и его приборы могут подвергаться воздействию земного воздуха во время сборочных испытаний и запуска на стартовой площадке. В нашем случае камера фороптики прибора (через которую проходит лазерный луч перед входом в камеру образца) забирала небольшое количество воздуха Флориды, содержащего земной метан. Мы компенсируем это загрязнение, проводя каждое измерение на Марсе три раза. Во-первых, мы откачиваем весь марсианский воздух, чтобы в камере для образцов был вакуум; таким образом, единственный метан, который мы измеряем, будет флоридским безбилетным пассажиром. Затем впускаем марсианский воздух и снова измеряем. Наконец, мы снова опорожняем камеру для образца и проводим еще одно измерение. Таким образом, мы можем изолировать и удалить загрязнители Земли. Кроме того, за годы пребывания на Марсе мы не видели никаких признаков утечки из камеры передней оптики. Поскольку влияние загрязняющих веществ остается постоянным, они не могут объяснить наблюдаемые нами изменения.

ОНаш прибор начал свою работу, когда марсоход Curiosity приземлился в кратере Гейла на Марсе в августе 2012 года. За трехлетний период на поверхности Марса TLS-SAM в целом наблюдал низкие уровни фона (около 0,5 ppbv). Уровни фона колебались в зависимости от марсианских сезонов, и это был первый случай, когда любое измерение метана на Марсе показало какую-либо повторяемость. Этот фоновый метан мог образоваться из комет и метеоритов, которые периодически падают на Марс. Или это могли быть частицы межпланетной пыли, которые слетаются на марсианскую поверхность, принося с собой органический материал, который ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет до метана. Сезонная картина, по-видимому, коррелирует с потоком ультрафиолетового света, достигающим поверхности, и может многое рассказать нам о доставке органического материала на поверхность Марса.

источник: