Загадочные изменения концентрации метана в атмосфере Марса требуют новых объяснений.

Атмосфера Марса на 95,3% состоит из углекислого газа (СО₂), но в ней присутствуют и другие элементы, например, азот и аргон. Кроме того, на планете есть метан.

Сэлфи ровера Curiosity на фоне горы Эолида (Mount Sharp). (Фото: NASA / JPL-Caltech / MSSS.)

Некоторые из возможных путей образования метана на Марсе. (Иллюстрация: NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan.)

Устройство для измерения концентрации метана, которым оборудован ровер Curiosity. (Иллюстрация: NASA / JPL-Caltech.)

Марсианскому метану уделяют особое внимание, потому что его присутствие может указывать на существование живых организмов. На Земле большая часть метана вырабатывается микробами, в том числе теми, которые живут в пищеварительном тракте у некоторых животных, например, коров (именно поэтому один из существенных факторов увеличения концентрации метана в атмосфере Земли – это животноводство).

Впрочем, таинственную марсианскую говядину здесь подозревать не приходится – надо помнить, что из-за очень слабого магнитного поля солнечный ветер «сдувает» атмосферу Марса со скоростью порядка 100–500 тонн в день, в зависимости от солнечной активности и расстояния до Солнца. Тем не менее, происхождение метана на красной планете интересно само по себе.

Знаменитый ровер NASA Curiosity, который «примарсился» в 2012 году, уже собрал 30 проб ночного марсианского воздуха. Ровер оборудован инструментом для измерения содержания метана: это небольшая полость с зеркальными стенками, внутри которой установлены лазер и детектор (см. иллюстрации). Поглощение лазерного света на длинах волн, соответствующих метану, позволяет определить концентрацию его в атмосфере планеты. Фоновое содержание метана на Марсе составляет около 0,4 миллиардных долей, тогда как фоновая концентрация метана на Земле сейчас равна примерно 1800 миллиардных долей.

Большая часть земного метана появилась в результате жизнедеятельности микробов. Теоретически на Марсе могли бы жить аналогичные микробы – если не сейчас, то в далёком прошлом, и оставить скопления газа в недрах планеты. Но метан мог появиться и в ходе совсем других процессов, которые не имеют ничего общего с живыми организмами. Например, это могли быть гидротермальные реакции породы, богатой оливином (магнезиально-железистый силикат состава (Mg,Fe)₂[SiO₄], который часто встречается в магматических породах, астероидах, метеоритах и космической пыли) или облучение углерод-содержащих метеороидов и космической пыли ультрафиолетом.

Впрочем, помимо вопроса, откуда он взялся, есть и другие загадки, связанные с марсианским метаном. Оказалось, что его концентрация периодически изменяется, достигая регулярных максимумов около 0,7 миллиардных долей, которые приходятся на конец северного марсианского лета (ровер Curiosity находится в северном полушарии планеты). Причина этих колебаний пока остаётся загадкой, но у исследователей есть несколько идей насчёт того, откуда же берётся метан на Марсе, и почему его содержание изменяется со временами года.

В принципе сезонные колебания метана в атмосфере – ожидаемое явление. Во-первых, во время южной зимы часть углекислого газа намерзает на огромную полюсную шапку, за счёт чего меняется общий состав атмосферы, и пропорция метана, который не замерзает, увеличивается. К концу северного лета воздух, богатый метаном, поднимается до того места, где расположен Curiosity. Другим источником сезонных колебаний могут быть пыльные бури и изменение уровня ультрафиолетового излучения.

Но оба эти механизма не могут объяснить достаточно большой разброс значений, поэтому скорее всего на концентрацию метана влияют и другие процессы, которые зависят от времён года на планете. Например, газ может испаряться через поры нагретой солнцем породы или даже иметь отношение к живым организмам, которые теоретически могли бы жить на Марсе, и чья жизнедеятельность тогда должна была бы зависеть от времён года.

Но на этом загадки, связанные с метаном в атмосфере Марса, не заканчиваются. Время от времени концентрация метана резко подскакивает на порядок или два выше фонового значения. В 2009 году с помощью телескопа на Гавайях удалось увидеть скачок до 45 миллиардных долей, а Curiosity зафиксировал несколько скачков до 7 миллиардных долей.

Возможно, это внезапный выход метана из глубокого подземного источника, а возможно – результат града из мелких метеоритов, когда Марс проходит сквозь орбиту кометы и цепляет космическую пыль и мусор, богатые углеродом. Такая пыль должна испаряться в атмосфере Марса на высоте нескольких десятков километров, где более сильный ультрафиолетовый свет должен увеличить скорость и эффективность реакции, образующей метан, по сравнению с поверхностью планеты.

Все скачки концентрации метана в атмосфере Марса, которые нам удалось наблюдать за последние 20 лет, произошли в течение двух недель после регистрации метеоритных дождей на планете. Тем не менее, это может быть просто совпадением. Для сравнения количество вещества, принесённое на планету во время метеоритного дождя в 2014 году, когда Марс чуть не столкнулся с кометой C/2013 A1 (Макнота), составила около 16 тонн, тогда как ежедневно на планету падает около 3 тонн космической пыли. Чтобы объяснить соответствующий пик концентрации метана, количество вещества должно быть на несколько тысяч тонн больше.

К счастью, гипотезу, связанную с метеоритным дождём, скоро можно будет проверить. 24 января комета С/2007 Н2 пройдёт очень близко от Марса, около десятой части расстояния между Землёй и Луной. Гавайский телескоп, а так же космический аппарат MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN — «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе») и Curiosity будут наблюдать за изменением концентрации метана в марсовой атмосфере.

Кто знает, какие ещё сюрпризы готовит наш красный сосед и его атмосфера, пока её совсем не сдуло!