В июне с марсохода НАСА «Кьюриосити» (Curiosity) получена информация о рекордно мощном выбросе метана, однако орбитальными аппаратами ЕКА: ни «Марс Экспресс» (Mars Express), ни орбитальным аппаратом для изучения малых газовых составляющих атмосферы (TGO) миссии «ЭкзоМарс» (ExoMars) — следов метана не зафиксировано, несмотря на пролёт над той же точкой приблизительно в то же время.

Повышенный интерес учёных к метану объясняется тем, что на Земле большая его часть вырабатывается живыми существами. Известно, что период распада метана под действием солнечной радиации составляет несколько сотен лет - следовательно, факт его обнаружения на Марсе указывает на то, что выброс в атмосферу произошёл недавно — даже если газ как таковой образовался миллиарды лет назад.

Попытки разгадать тайну метана на Марсе, предпринимаемые в последние годы, имеют запутанную историю, которая включает как неожиданные подтверждения, так и опровержения его присутствия. В начале 2019 г. появилось сообщение о том, что европейский орбитальный аппарат «Марс Экспресс» обнаружил сигнатуру, соответствующую одной из находок «Кьюриосити» в кратере Гейла.

Отмеченное «Кьюриосити» 19 июня 2019 г. повышение концентрации метана до беспрецедентно высокого уровня 21 миллиардных долей лишь отдаляет учёных от разгадки тайны, поскольку измерения не подтверждены результатами предварительного анализа данных «Марс Экспресс», полученных в тех же условиях. (Для сравнения - концентрация метана в земной атмосфере составляет порядка 1800 миллиардных долей, что означает, что на каждый миллиард молекул в заданном объёме приходится 1800 молекул метана.)

Измерения были выполнены аппаратом «Марс Экспресс» в марсианское дневное время спустя порядка пяти часов после измерений «Кьюриосити», проведённых в ночное время; кроме того, данные, полученные «Марс Экспресс» днём ранее, также не подтверждают присутствия сигнатур.  В последующие дни результаты измерений «Кьюриосити» вернулись к фоновому уровню.

Методика измерений «Марс Экспресс» позволяет получить расчётным путём данные вплоть до уровня поверхности с порогом чувствительности 2 частицы на миллиард.

Европейско-российский орбитальный аппарат для изучения малых газовых составляющих атмосферы (TGO), оснащённый наиболее чувствительным датчиком газовых примесей марсианской атмосферы, также не обнаружил следов метана при пролёте над близлежащими районами в течение нескольких дней до и после получения указанных результатов «Кьюриосити».

В принципе TGO способен выполнять измерения на уровне триллионных долей на расстоянии до 3 км в направлении поверхности, однако фактические параметры измерений зависят от запылённости атмосферы. При проведении измерений на малых широтах 21 июня 2019 г. запылённость атмосферы была высокой, в результате чего измерения были ограничены высотой 20-15 км. над поверхностью с верхним пределом чувствительности 0.07 миллиардных частиц (то есть 70 частиц уже на триллион).

TGO не обнаружил ни малейшего следа метана, что усложняет загадку, учёные же заняты сопоставлением полученных разными приборами результатов.

«Сравнение результатов позволяет предположить, что последний зафиксированный «Кьюриосити» скачок уровня метана был очень кратковременным — менее одного марсианского дня — и, вероятно, локальным», — полагает Марко Джуранна (Marco Giuranna), научный руководитель эксперимента Планетный Фурье­-Спектрометр (PFS) на борту «Марс Экспресс», используемого для обнаружения метана.

«Измерения «Кьюриосити» проводились ночью, и если выброс метана произошёл в это время, газ, вероятно, оставался у поверхности до восхода Солнца, после чего быстро рассеялся. Соответственно, вероятность его обнаружения приборами «Марс Экспресс» или TGO была бы практически нулевой.

С другой стороны, совместно зафиксированный выброс в 2013 г. был, вероятно, более длительным или имел более мощный источник, — который, мы полагаем, находился вне кратера Гейла, — поэтому он мог быть обнаружен в том числе и нашим прибором на «Марс Экспресс».

Команды учёных продолжают исследовать влияние циркуляции атмосферы в течение суток, а также роль местоположения «Кьюриосити» внутри ударного кратера. Кроме того, они изучают пути распада метана и возможность его повторного поглощения поверхностными породами, препятствующего более широкой циркуляции в атмосфере.

«Сопоставление результатов наблюдений с поверхности и орбиты, а также будущие скоординированные наблюдения помогут нам понять поведение метана в атмосфере с учётом отрицательных результатов, подобных полученным приборами TGO, помогающих определить верхние пределы чувствительности, ограничения и придающих значимый контекст», — добавляет Хокан Сведхем (Hakan Svedhem), научный руководитель миссии TGO ЕКА.

История наблюдений метана на Марсе. Метан на Марсе впервые наблюдали с помощью наземных инструментов, его уровень оценивали в 10, позже около 50 ppbv (частиц на миллиард в объёме) в 1999–2003 годах. С 2004 приборы на борту космического аппарата «Марс-Экспресс» (ЕКА) измеряли метан, по их данным, его содержание колебалось в пределах 0–30 ppbv (в 2004 г.). В 2013 г. марсоход «Кьюриосити» (НАСА) в кратере Гейл зарегистрировал «выброс» метана, в результате которого его концентрация достигла почти 6 ppbv. В то же время в 2012–2014 гг. «Марс-Экспресс» не наблюдал метана, кроме единичного «выброса» (уровень около 15 ppbv) на следующий день после того, как его наблюдал «Кьюриосити». В 2012–2018 гг., по данным «Кьюриосити» фоновое содержание метана колебалось в пределах 0,2–0,7 ppbv. Спектрометры ACS и NOMAD на борту аппарата TGO миссии «ЭкзоМарс-2016» в 2018 г. не зарегистрировали метан, что накладывает верхний предел на его содержание в атмосфере в 0,05 ppbv. В 2019 г. приборы «Кьюриосити» в ночное время зарегистрировали выброс метана с концентрацией 21 ppbv, но приборы «Марса Экспресс» не обнаружили метан 5 дней спустя в дневное время (с) ESA

Измерения «Кьюриосити» выполнены путём анализа образцов при помощи марсианского настраиваемого лазерного спектрометра (TLS), измерения «Марс Экспресс» проведены планетным фурье­ спектрометром PFS, измерения TGO выполнены комплексом аппаратуры для исследования химического состава атмосферы ACS.

Результаты измерений ТGO представлены на международной конференции по исследованиям Марса в Пасадене (Калифорния) в июле и конференции EPSC-DPS в Женеве в сентябре. Анализ данных «Марс Экспресс» продолжается, результаты в полном объёме будут официально представлены позднее.

***

Проект «ЭкзоМарс» — совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства.

Проект реализуется в два этапа. Первая миссия с запуском в 2016 году включает два космических аппарата: орбитальный Trace Gas Orbiter (TGO) для наблюдений атмосферы и поверхности планеты и посадочный модуль «Скиапарелли» (Schiaparelli) для отработки технологий посадки.

Научные задачи аппарата TGO — регистрация малых составляющих марсианской атмосферы, в том числе метана, картирование распространенности воды в верхнем слое грунты с высоким пространственным разрешением порядка десятков км, стереосъёмка поверхности. На аппарате установлены два прибора, созданные в России: спектрометрический комплекс АЦС (ACS — Atmospheric Chemistry Suit, Комплекс для изучения химии атмосферы) и нейтронный телескоп высокого разрешения ФРЕНД (FREND, Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector). Также Россия предоставляет для запуска ракету-носитель “Протон” с разгонным блоком “Бриз-М”.

Второй этап проекта (запуск 2020 г.) предусматривает доставку на поверхность Марса российской посадочной платформы с европейским автоматическим марсоходом на борту. На марсоходе установлен комплекс научной аппаратуры «Пастер», в который входит два российских прибора: ИСЕМ и АДРОН-МР. Главная цель исследований с борта марсохода — непосредственное изучение поверхности и атмосферы Марса в окрестности района посадки, поиск соединений и веществ, которые могли бы свидетельствовать о возможном существовании на планете жизни. Россия отвечает за посадочную платформу, которая доставит марсоход на поверхность планеты. После схода марсохода платформа начнёт работать как долгоживущая автономная научная станция. На её борту будет установлен комплекс научной аппаратуры для изучения состава и свойств поверхности Марса. Россия также предоставляет для запуска ракету-носитель “Протон-М” с разгонным блоком «Бриз-М».

В рамках обоих этапов в России создаётся объединенный с ЕКА наземный научный комплекс проекта «ЭкзоМарс» для приёма, архивирования и обработки научной информации.

- Новости проекта «ЭкзоМарс»