Российский спектрометрический комплекс АЦС на борту аппарата ТГО («ЭкзоМарс-2016») функционирует штатно и показывает высокую чувствительность измерений. С апреля 2018 года он проводит наблюдения на орбите Марса вместе с другими приборами, входящими в состав научной нагрузки аппарата ТГО. О текущем состоянии прибора и его возможностях участники экспериментов рассказывали на специальной сессии Европейского конгресса по планетным исследованиям в Берлине.

Основная задача эксперимента АЦС — поиск и измерение малых газовых составляющих марсианской атмосферы. Их доля может составлять буквально одну молекулу на миллиард и даже триллион других молекул, в первую очередь, углекислого газа, основного газа атмосферы Марса. Среди этих веществ чаще других упоминают метан, поскольку он может свидетельствовать о биологической активности на Марсе, но и другие газы несут важнейшую информацию о химических процессах в атмосфере и её динамике в течение суток, сезонов и лет.

Спектрометрический комплекс АЦС объединяет три спектрометра, работающих в различных участках инфракрасного диапазона: НИР, МИР и ТИРВИМ. Они начали наблюдения в апреле 2018 года, после окончания маневра аэродинамического торможения. Наблюдения проводятся в двух запланированных режимах. Это надирные наблюдения — приборы «смотрят вниз», на поверхности планеты. Второй — режим солнечных затмений, оптические входы приборов ориентированы на Солнце, при этом Солнце заходит за горизонт и его лучи проходят через атмосферу. Последний режим особенно важен, так как обеспечивает исключительную чувствительность и позволяет понять, как различные вещества распределены по высоте.

«Первый вывод, который можно сделать по итогам прошедших месяцев, — высокие характеристики приборов, заявленные при разработке, подтверждаются», — говорит Александр Трохимовский, главный специалист отдела физики планет ИКИ РАН. Спектрометры способны зарегистрировать концентрации веществ, вплоть до одной частицы на триллион, и обладают высокой разрешающей способностью — то есть способен различать излучения с очень близкими длинами волн.

Схема расположения спектрометров комплекса АЦС и лучи зрения (с) Роскосмос/ЕКА/ЭкзоМарс/АЦС/ИКИ

Кроме метана, АЦС может регистрировать, например, органические соединения: ацетилен, этилен, этанол, — а также пероксид водорода, формальдегид, соляную кислоту, оксид серы, молекулы воды, различные аэрозоли, наблюдает свечение кислорода в атмосфере. Эти небольшие «добавки» к основному газу марсианской атмосферы очень важны для понимания климата и текущего состояния Марса. Тот же метан может свидетельствовать о вулканической активности на планете. Водяной пар и его распределение по высоте помогают понять, как Марс теряет воду и каков сейчас сезонный круговорот воды на Марсе. Свечение молекулярного кислорода O₂, свидетельствует о наличии и динамике озона O₃ в атмосфере, так как оно возникает при распаде последнего.

Химические процессы в атмосфере планеты могут прояснить наблюдения угарного газа CO, который образуется из углекислого CO₂ путём фотолиза, а затем, вступая в реакцию с гидроксилом OH, снова превращается в углекислоту. Поскольку гидроксильные группы возникают в атмосфере Марса при распаде молекул воды, то наблюдения за динамикой угарного газа существенно прояснят химическую «кухню» марсианской атмосферы.

Ещё одна интересная задача — измерение соотношения тяжёлой воды к обычной. В молекуле тяжёлой воды один из двух атомов водорода заменён на атом дейтерия — тяжёлого изотопа водорода. Эти вещества ведут себя немного по-разному при снижении температуры, таким образом, когда на Марсе меняются сезоны, то отношение дейтерия к водороду также может варьировать, отражая динамику атмосферы. По данным АЦС можно построить вертикальные профили распределения молекул воды на высоте от 10 до более 80 км.

Первые данные наблюдений солнечных затмений с помощью спектрометра ТИРВИМ, в частности, открыли интересный эффект, возникающий при рассеянии на аэрозолях. Как рассказал Алексей Шакун, научный сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН, когда Солнце заходит за горизонт, в спектре излучения появляется пик, соответствующий длине волны 9–10 микрон. Предварительное объяснение этому явлению — рассеяние на частицах кремния, возникает оно и при заходе, и при восходе Солнца. Детальное моделирование в будущем поможет лучше понять, как распределены аэрозоли в атмосфере Марса.

Фотография района холмов Ариадны, полученная камерами CaSSIS на борту аппарат ТГО, 2 сентября 2018 г. Особенно интересные темные "штрихи": возможно, они появились после недавней пылевой бури (c) ESA/Roscosmos/CaSSIS, CC BY-SA 3.0 IGO

Анализ первых данных АЦС продолжается. Тем временем на Марсе весна сменяет зиму в южном полушарии (соответственно, в северном наступает зима), так что можно ожидать много интересных эффектов, связанных с тем, что температура поверхности и атмосферы увеличивается.

***

Эксперимент АЦC/ACS (Atmospheric Chemistry Suite, «Комплекс для изучения химии атмосферы») разработан для решения главной научной задачи миссии —   исследование состава марсианской атмосферы с орбиты искусственного спутника. Приборный состав АЦС позволит обнаружить малые составляющие атмосферы, наблюдать свечения, проводить мониторинг аэрозолей, трехмерных полей температуры. Комплекс составляют три научных канала: АЦС-ТИРВИМ, АЦС-НИР, АЦС-МИР, и АЦС-БЭ (блок электроники). Научный руководитель эксперимента — д.ф.-м.н. Олег Игоревич Кораблёв (ИКИ РАН). Заместитель научного руководителя: Франк Монмессан (LATMOS CNRS) Прибор создан в ИКИ РАН. Соисполнители: ОАО «Научно-исследовательский институт микроприборов им. Г.Я. Гуськова» (г. Зеленоград), ООО «НПП «Астрон Электроника» (г. Орел), LATMOS CNRS (Франция). В приборе использованы ключевые компоненты производства НИИОП (Россия), AMOS и Xenix (Бельгия), SOFRADIR (Франция), RICOR (Израиль). Научная команда эксперимента включает исследователей из России, Франции, Германии, Италии, Испании, Бельгии, Великобритании, Швейцарии, США и Японии.

***

Проект «ЭкзоМарс» — совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата с орбиты и на поверхности планеты. Он откроет новый этап исследования космоса для Европы и России.

- Новости проекта «ЭкзоМарс»