Первые результаты российско-европейской миссии к Марсу

За первый год на орбите Красной планеты зонд Trace Gas Orbiter миссии «ExoMars» получил новые данные о воздействии прошлогодней глобальной пыльной бури на воду в марсианской атмосфере и об удивительном отсутствии метана, сообщают исследователи в двух статьях, опубликованных в журнале Nature (раз, два). Кроме этого, Российская академия наук, используя результаты миссии, представила ​​наиболее подробную карту распределения водяного льда и гидратированных минералов у поверхности Марса.

«Мы в восторге от первых результатов Trace Gas Orbiter. Наши приборы работают очень хорошо, и даже в течение первых нескольких месяцев наблюдения уже предоставляли первоклассные данные с беспрецедентным качеством», – говорит Хокан Сведхем, участник проекта со стороны Европейского космического агентства (ESA). Художественное представление зонда Trace Gas Orbiter миссии «ExoMars», изучающего атмосферу Марса. Credit: ESA/ATG medialab Основная научная миссия TGO началась в конце апреля 2018 года, всего за пару месяцев до начала глобальной пыльной бури. Зонд следил за рождением и развитием шторма, а также за тем, как увеличение пыли повлияло на водяные пары в марсианской атмосфере, что важно для понимания истории Красной планеты.

Изучение пыльной бури

Два спектрометра на борту космического аппарата – NOMAD и ACS – проводили первые измерения поглощения солнечного света запыленной атмосферой, чтобы обнаружить химические отпечатки ее компонентов. Так было получено вертикальное распределение водяного пара и «полутяжелой» воды (с одним атомом водорода, замененным атомом дейтерия) от поверхности Марса до высоты более 80 километров. Новые результаты показали влияние пыли в атмосфере на воду, а также на убегание атомов водорода в космос.

«В северных широтах мы увидели пылевые облака на высотах около 25–40 километров, которых раньше не было, а в южных широтах – слои пыли, движущиеся на еще большей высоте. Увеличение количества водяного пара произошло удивительно быстро, всего за первые несколько дней шторма, что указывает на быструю реакцию атмосферы на пыльную бурю», – сообщает Энн Карин Вандэле, главный исследователь инструмента NOMAD из Королевского бельгийского института космической аэрономии.

Наблюдения согласуются с моделями глобальной циркуляции. Пыль поглощает солнечное излучение, нагревая окружающий газ и заставляя его расширяться, в свою очередь перераспределяя компоненты, в частности, воду, в более широком вертикальном диапазоне. Усилившийся температурный контраст между экваториальной и полярной областями также подстегивает атмосферную циркуляцию, а благодаря повышению температуры образуется меньше облаков водяного льда, ограничивающих водяной пар на низких высотах. Основная научная миссия «ExoMars» началась в конце апреля

2018 года, всего за пару месяцев до начала глобальной пыльной бури, охватившей

планету. Trace Gas Orbiter стал свидетелем начала и развития шторма. Credit: ESA/ATG/medialab/A-C Vandaele et al. Команды также провели первое наблюдение за полутяжелой водой одновременно с водяным паром, предоставив ключевую информацию о процессах, которые контролируют количество атомов водорода и дейтерия, выходящих в космос, а отношение дейтерия к водороду (D / H) является важным маркером эволюции запасов воды на Марсе.

Вода, дейтерированная или нет, очень чувствительна к наличию ледяных облаков, не позволяющих ей подниматься вверх по слоям атмосферы. Во время бури она достигала гораздо больших высот, что прогнозировалось теоретическими, но впервые наблюдалось непосредственно.

А был ли метан?

Два дополняющих друг друга прибора также приступили к измерению следов газов в марсианской атмосфере, занимающих в ней менее одного процента объема и требующих высокоточных методов определения их химических отпечатков в ее составе.

Метан представляет особый интерес для исследователей Марса, поскольку он может быть признаком жизни, а также геологических процессов (на Земле, например, 95% метана в атмосфере происходит из биологических процессов). Поскольку он разрушается солнечным излучением за несколько сотен лет, любая обнаруженная сегодня молекула была выпущена относительно недавно, даже если она возникла миллионы или миллиарды лет назад и до сих пор оставалась в подповерхностной ловушке. Кроме того, следовые газы ежедневно эффективно смешиваются у поверхности планеты, и модели глобальной циркуляции ветра говорят о том, что метан равномерно распределяется вокруг Марса за несколько месяцев. На иллюстрации представлены результаты измерений концентрации метана в марсианской атмосфере в ходе различных миссий. Credit: ESA Сообщения о метане в марсианской атмосфере интенсивно обсуждались, потому что его обнаружение было очень спорадическим по времени и месту. Зонд ESA «Mars Express» провел одно из первых измерений с орбиты в 2004 году, указав на наличие метана в количестве 10 ppbv (10 единиц на каждый миллиард молекул). Наземные телескопы также сообщали как о необнаружениях, так и измерениях до 45 ppbv, а марсоход NASA «Curiosity» определил фоновый уровень метана, который меняется в зависимости от сезона от 0,2 до 0,7 ppbv. Новые результаты TGO обеспечивают наиболее подробный глобальный анализ, в котором верхний предел составляет 0,05 ppbv, то есть в 10–100 раз меньше метана, чем во всех предыдущих зарегистрированных обнаружениях.

«Высокоточные измерения TGO противоречат предыдущим обнаружениям. Чтобы согласовать различные наборы данных и сопоставить быстрый переход от ранее зафиксированных выбросов к очевидно очень низким концентрациям, нам необходимо выявить процесс, который эффективно разрушает метан вблизи поверхности планеты. Пока у нас нет всех кусочков головоломки и мы не видим полную картину, однако с этой целью и был создан TGO, который позволит нам провести детальный анализ атмосферы с использованием лучших инструментов, доступных нам сегодня», – пояснил Хокан Сведхем.

Лучшая карта подповерхностных вод

В то время как оживленные дебаты о природе и наличии метана продолжаются, одно несомненно: вода когда-то существовала на Марсе, и все еще присутствует на нем в форме водяного льда или в виде гидратированных минералов. А там, где была вода, могла быть жизнь.

Чтобы помочь понять местоположение и историю воды на Красной планете, детектор нейтронов TGO FREND проводит картирование распределения водорода над поверхностью соседа Земли. Водород указывает на присутствие воды, а также на ее поглощение минералами. Составление полной карты высокого разращения займет около одного марсианского года, или почти два земных, однако первые данные, собранные за несколько месяцев работы, уже превышают разрешение предыдущих измерений.

«Всего за 131 день прибор позволил создать карту лучше, чем основанная на 16-летних данных его предшественника на борту зонда NASA «Mars Odyssey», и она станет еще лучше», – рассказывает Игорь Митрофанов из Института космических исследований РАН (Россия), главный исследователь инструмента FREND. Первая карта распределения подповерхностных марсианских вод от Trace Gas Orbiter. Credit: ESA/ATG/medialab/I. Mitrofanov et al. Помимо явно богатой водой вечной мерзлоты в полярных регионах, новая карта содержит более детализированную информацию о локализованных «влажных» и «сухих» участках. В ней также выделены богатые водой материалы в экваториальных областях, которые могут свидетельствовать о присутствии в них вечной мерзлоты в настоящее время или о местоположении полюсов Марса в прошлом.

«Качество измерений постоянно улучшается, и мы в конечном итоге получим то, что станет эталонными данными для картирования поверхностных богатых водой материалов на Марсе. Это важно для понимания общей эволюции планеты и того, где сейчас она скрывает всю свою воду», – заключил Игорь Митрофанов.