Вид марсохода Curiosity на кратер Гейла в 2013 году. Изображение: NASA/JPL-Caltech/MSSS
С 2004 года несколько космических миссий показали, что на Марсе наблюдается избыточное производство метана. Его наличие представляет большой интерес для астробиологии: на Земле большую часть метана производят живые существа, поэтому обилие метана потенциально может указывать на наличие микробной жизни на планете Марс.
Прибор SAM (Sample Analysys at Mars) на борту марсохода НАСА Curiosity ранее обнаружил, что метан в кратере Гейл появляется ночью и исчезает днем, подвержен сезонным колебаниям и иногда достигает уровня, в 40 раз превышающего норму. Удивительно, однако, что он не накапливается в атмосфере: орбитальный аппарат ЕКА ExoMars Trace Gas Orbiter, отправленный на Марс специально для изучения его атмосферы, не обнаружил метана.
Мы до сих пор не знаем причину присутствия такого большого количества метана, хотя было выдвинуто несколько гипотез о его происхождении и даны объяснения его поведения. Теперь исследовательская группа НАСА под руководством Александра Павлова из НАСА Годдарда выдвинула новую идею: метан, независимо от способа его производства, может быть запечатан под затвердевшей солью, образовавшейся в марсианском реголите.
Исследования соли в качестве ловушки для метана
Исследователи проверили в лаборатории, могут ли такие «газовые ловушки» образовываться в марсианских условиях в неглубоком марсианском реголите из-за миграции соли в мерзлом грунте. Эксперименты проводились на различных образцах вечномерзлой почвы в камере, имитирующей марсианскую среду, с различными концентрациями перхлоратных солей и воды.
В камере образцы находились при температуре от -20°C до 10°C, при давлении углекислого газа от 8 до 10 мбар. Затем исследователи периодически закачивали под образец грунта газ неон, используемый в качестве аналога метана.
Образец искусственного марсианского реголита, «почвы» из щебня и пыли, один из пяти, в которые ученые добавили различные концентрации соли под названием перхлорат, широко распространенной на Марсе. Каждый образец подвергался воздействию условий, схожих с условиями на Марсе. Хрупкие комочки в образце выше показывают, что солевое уплотнение в нем не образовалось из-за слишком низкой концентрации. Предоставлено: NASA/Александр Павлов
Таким образом, они обнаружили, что в широком диапазоне параметров марсианской почвы соль может задерживать газ в течение относительно короткого периода времени (от 3 до 13 дней). Это при условии, что в почве содержится 5-10 % перхлоратной соли. Такой механизм может фактически удерживать в почве неон (на Марсе — метан) в несколько мбар выше марсианского атмосферного давления, а затем высвобождать его, как только «ловушка» будет разрушена.
Один ответ, много вопросов
Результаты экспериментов показывают, что в условиях, сходных с марсианскими, соленая почва может цементироваться и образовывать прочную газонепроницаемую прослойку. Под ним могут накапливаться метан и другие летучие вещества.
Таким образом, сезонные колебания газа, наблюдаемые несколькими миссиями, и периодические всплески метана в кратере Гейла, зафиксированные Curiosity, могут быть вызваны внезапным выбросом метана из газовых ловушек в почве, когда марсоход разрушает ее, двигаясь или буря. Или когда температура повышается в теплое время года или суток, ослабляя соль.
Однако сегодня в кратере Гейла, вероятно, нет мерзлой земли, подобной вечной мерзлоте. Уплотнения могли образоваться очень давно, предполагают ученые, когда окружающая среда была более холодной, а земля — замерзшей. Это необходимо проверить.
Кроме того, концентрация соли, при которой эксперименты были успешными, намного выше, чем та, которую измерил Curiosity в кратере Гейла. Реголит богат другим типом солевых минералов, называемых сульфатами, которые команда Павлова хочет проверить, способны ли они задерживать метан таким же образом.
Для продолжения исследований необходимо больше измерений метана. SAM на борту Curiosity уже проводит их, но большую часть времени он занят своей основной задачей — бурить поверхность, собирать образцы и анализировать их химический состав. Потребуется новое поколение поверхностных приборов для непрерывного измерения метана во многих точках Марса. Это позволит получить ответы на все более конкретные вопросы.
С исследованием, опубликованным в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, можно ознакомиться здесь.
