Сообщения об обнаружении метана на Марсе захватили как ученых, так и простых обывателей. На Земле значительное количество метана производят микробы, которые помогают большинству животных переваривать пищу. В частности — крупному рогатому скоту и другим травоядным. Этот процесс пищеварения заканчивается выдыханием газа в воздух.
Хотя на Марсе нет крупного рогатого скота, овец или коз, обнаружение там метана очень интересно, потому что это может означать, что микробы жили или живут на Красной планете. Однако метан мог и не иметь ничего общего с микробами или какой-либо другой формой жизни. Геологические процессы, которые связаны с взаимодействием горных пород, воды и тепла, также могут его производить.
Прежде чем идентифицировать источники метана на Марсе, ученые должны решить вопрос, который их мучил: почему одни инструменты обнаруживают газ, а другие — нет? Например, марсоход NASA Curiosity неоднократно обнаруживал метан прямо над поверхностью кратера Гейла. Но орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter ESA не обнаружил газ в марсианской атмосфере.
Когда в 2016 году появился орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter, многие ожидали, что команда орбитального аппарата сообщит, что повсюду на Марсе есть небольшое количество метана. Но реальность оказалась куда сложнее. Газа в атмосфере не оказалось
TLS обнаружил, в среднем, менее половины ожидаемой концентрации метана в кратере Гейла. Это эквивалентно щепотке соли, разбавленной в бассейне олимпийского размера. Эти измерения сопровождались загадочными скачками увеличения концентрации почти в 40 раз.
Европейский орбитальный аппарат был разработан как золотой стандарт для измерения метана и других газов на всей планете. В то же время TLS Curiosity настолько точен, что он будет использоваться для раннего обнаружения пожара на Международной космической станции и для отслеживания уровня кислорода в костюмах космонавтов. Он также был лицензирован для использования на электростанциях, на нефтепроводах и в истребителях, где пилоты могут контролировать уровни кислорода и углекислого газа в своих масках. Его измерения должны быть точны и непогрешимы.
После получения данных от орбитального аппара исследователи приступили к тщательному изучению измерений TLS на Марсе. Некоторые эксперты предположили, что газ выпускал сам марсоход. И пока эта теория находилась на стадии проверки, часть исследовательской группы заняла иную позицию — что если оба аппарата правы?
Члены команды Curiosity, изучающие характер ветра в кратере Гейла, выдвинули гипотезу, что расхождение между измерениями метана сводится к времени суток, в которое они были сделаны. Поскольку ему требуется много энергии, TLS работает в основном ночью, когда другие инструменты Curiosity не работают. По словам Мурса, марсианская атмосфера ночью спокойна, поэтому метан, просачивающийся из-под земли, накапливается у поверхности, где Curiosity может его обнаружить.
Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter, с другой стороны, требует солнечного света для определения метана на высоте около 5 километров над поверхностью. Тепло от Солнца перемешивает атмосферу, теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается. Таким образом, метан, который удерживается у поверхности ночью, смешивается с атмосферой в течение дня, что разбавляет его до необнаружимого уровня.
Команда Curiosity решила проверить теорию, собрав первые высокоточные дневные измерения. TLS измерял метан последовательно в течение одного марсианского дня, сравнивая одно ночное измерение с двумя дневными. В каждом эксперименте SAM в течение двух часов втягивал марсианский воздух, непрерывно удаляя углекислый газ, который составляет 95% атмосферы планеты. В результате остался концентрированный образец метана, который TLS может легко измерить, пропустив через него инфракрасный лазерный луч много раз, настроенный на использование точной длины волны света, поглощаемого метаном. Результат полностью подтвердил гипотезу.
Хотя это исследование предполагает, что концентрация метана на поверхности кратера Гейла в течение дня повышается и понижается, ученым еще предстоит решить глобальную загадку с метаном на Марсе. Метан — это стабильная молекула, которая, как ожидается, продержится на Марсе около 300 лет, прежде чем будет разрушена солнечной радиацией. Если метан постоянно просачивается из всех подобных кратеров, что, как подозревают ученые, вероятно, учитывая, что Гейл не кажется уникальным с геологической точки зрения, его должно было накопиться в атмосфере в достаточном количестве, чтобы орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter мог его обнаружить. Ученые подозревают, что что-то разрушает метан менее чем за 300 лет.
В настоящее время проводятся эксперименты, чтобы проверить, могут ли электрические разряды очень низкого уровня, вызванные пылью в атмосфере Марса, разрушить метан, или же избыток кислорода на поверхности Марса быстро разрушает метан, прежде чем он достигнет верхних слоев атмосферы. Их результаты помогут нам лучше понять как сам Марса, так и другие инопланетные миры, с которыми мы можем столкнуться в будущем.