В начале года появилось несколько научных работ, подготовленных на основе результатов международной космической миссии «ЭкзоМарс», в которой участвует и Россия. В этих публикациях представлено множество новых данных о структуре газовой оболочки Красной планеты. Некоторые из них не дают ответов на уже имеющиеся вопросы об атмосфере Марса, а скорее описывают новые загадки, нуждающиеся в детальном исследовании.
Использование разработанного российскими инженерами и учеными инструмента привело к обнаружению хлороводорода в марсианской атмосфере, что стало наиболее значимым открытием ACS. Посвященная ему публикация размещена в рецензируемом журнале Science Advances Американська асоціація сприяння розвитку науки ( AAAS). А еще в январе была опубликована статья, посвященная исследованию циркуляции угарного газа в атмосфере Марса. Она опубликована в Nature Geoscience и тоже основана на данных спектрометра ACS.
Напомним, миссия «ЭкзоМарс» (ExoMars) — совместный проект Европейского космического агентства ( ESA) и «Роскосмоса». В нее входят два аппарата: искусственный спутник Марса Trace Gas Orbiter (TGO) и спускаемого модуля «Скиапарелли». Последний, к сожалению, из-за ошибки в программном обеспечении 19 октября 2016 года, вместо запланированной мягкой посадки совершил столкновение с поверхностью Красной планеты на скорости около 300 километров в час. А TGO успешно работает более четырех лет и занимается исследованием распределения газов в атмосфере Марса.
Хлороводородные сезоны
Согласно предыдущим моделям, в атмосфере Марса ожидалось наличие определенного количества хлороводорода. Однако, после того как его не обнаружили при первых измерениях, был сделан вывод об отсутствии этого соединения (или его концентрации, недостаточной для обнаружения ACS). Однако один из исследователей решил провести анализ данных, полученных в период неблагоприятных для наблюдений условий на Марсе — во время сезонных пылевых бурь. Атмосфера, насыщенная частицами песка, создает значительные помехи для спектрометра, и обычно подобные данные считаются бесполезными.
Но в процессе поиска тяжелой воды ( HDO), в котором один атом водорода замещен дейтерием, представляли интерес любые сведения. К удивлению, в спектрах ACS выделяются линии хлороводорода. После повторного анализа всех ранее собранных показаний получилось восстановить картину происходящего.
Обнаружено, что хлороводород присутствует в атмосфере в течение нескольких недель, после чего исчезает. Этот феномен наблюдается в южном полушарии Марса во время летнего сезона, который значительно теплее, чем летний сезон на севере из-за особенностей орбиты планеты. Такое поведение HCl не согласуется ни с одной существующей моделью марсианской атмосферы. В ближайшем будущем ученым предстоит определить не только механизмы выработки этого газа, но и под действием каких процессов он распадается. Пока ни одна гипотеза не объясняет всех нюансов: вулканизма нужной силы на Марсе не зафиксировали, улетучиваться из атмосферы хлороводород не может (слишком тяжелый), а распасться под действием солнечного излучения он бы так быстро не смог. Возможно, дело в каких-то реакциях содержащихся в почве перхлоратов.
Распределение угарного газа
Атмосфера Марса преимущественно состоит из углекислого газа ( CO2). На значительной высоте (около 60 километров) под воздействием ультрафиолетового излучения от него отделяется один атом кислорода, в результате чего образуется угарный газ ( CO). Поскольку марсианская атмосфера циркулирует по ячейкам Хэдли, подобно земной, большая ее доля CO в результате спускается обратно к поверхности. Там этот газ частично связывается гидроксильным радикалом OH и снова превращается в CO2. Оценивается, что средняя продолжительность жизни молекулы угарного газа составляет 2,5 земных года (1,3 марсианского года), что позволяет судить о различных процессах, анализируя ее перемещение и распределение в атмосфере.
Угарный газ является эффективным инструментом для мониторинга перемещений марсианской атмосферы. В районе экватора она нагревается и поднимается вверх, после чего распределяется к полюсам, где происходит опускание. Этот процесс, благодаря «жизненному циклу» CO на Марсе, вниз его движется заметно большее количество, чем поднимается вверх. Так удалось создать очень точную модель газовой оболочки Красной планеты и вместе с тем увидеть некоторые интересные процессы, об одном из которых расскажем ниже.
«Убегающий» водяной пар
Среди прочего наблюдения с помощью ACS и NOMAD за циркуляцией атмосферы Марса выявили разницу в количестве поднимающегося вверх и опускающегося обратно водяного пара. То небольшое количество влаги, что содержится в марсианском грунте, постоянно испаряется. Этот процесс усиливается летом: молекулы воды улетучиваются в верхние слои атмосферы. Там они под действием ультрафиолета распадаются на кислород и водород, причем последний настолько легкий, что уносится в космос. Этот механизм был известен и ранее, но теперь его удалось измерить с высокой точностью.