К загадке метана на Марсе прибавилась загадка кислорода
Категория: Система МарсаДанные инструмента SAM на борту марсохода Curiosity показали, что количество молекулярного кислорода в марсианской атмосфере меняется почти в полтора раза по мере смены сезонов, и объяснения этому пока нет.
Владислава Ананьева
На протяжении уже трех марсианских (и шести земных) лет инструмент SAM марсохода Curiosity измеряет состав марсианской атмосферы в кратере Гейла. В среднем она содержит 95.1% объемных долей углекислого газа CO2, 2.6% молекулярного азота N2, 1.9% аргона Ar, 0.16% молекулярного кислорода O2 и 0.06% угарного газа CO. Поздней осенью и зимой углекислота откладывается у полюсов в виде толстого слоя сухого льда, и атмосферное давление на планете падает примерно в полтора раза, весной сухой лед сублимирует, и атмосферное давление возрастает. Концентрация малых компонентов относительно углекислого газа меняется по мере смены сезонов: их доля выше зимой и ниже весной, поскольку ни азот, ни аргон зимой не конденсируются, и их содержание в атмосфере остается постоянным.
Молекулярный кислород также не конденсируется при марсианских температурах, поэтому ученые ожидали, что его концентрация будет испытывать те же сезонные колебания, что и концентрации азота и аргона. Однако это оказалось не так. Весной и летом количество кислорода превысило предсказанные значения почти на 30%, осенью упало до предсказанных значений, а зимой оказалось даже ниже их. Эта схема повторялась каждый марсианский год, однако весеннее-летний избыток кислорода каждый год был разным, как будто некие процессы то производили кислород, то поглощали его.
- Предсказанное (показано серой точечной линией) и измеренное (показано черными кружками с интервалами ошибок) содержание кислорода в воздухе кратера Гейла в зависимости от местного времени года по данным инструмента SAM.
«Когда мы впервые увидели это, мы были ошеломлены», – сказал Сушил Атрейя (Sushil Atreya) из Мичиганского университета в Энн Арбор, один из соавторов статьи, опубликованной 12 ноября 2019 года в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
Обнаружив загадочное поведение кислорода, исследователи попытались найти ему объяснение. Сначала они дважды и трижды проверили исправность инструмента SAM с помощью квадрупольного масс-спектрометра. Инструмент оказался в порядке. Они рассмотрели возможность, что к появлению избытка кислорода привела фотодиссоциация водяного пара или углекислого газа. Однако для объяснения наблюдаемого количества избыточного кислорода требуется в 5 раз больше водяного пара, чем регистрировалось в воздухе кратера Гейла, а углекислый газ диссоциирует слишком медленно. И куда с наступлением зимы исчезает уже имеющийся кислород? Допустим, под действием солнечного ультрафиолета молекула кислорода распалась на два атома, а те улетучились в космос, но этот процесс займет не меньше 10 лет.
«Мы из всех сил пытаемся найти объяснение, – сказала Мелисса Трейнер (Melissa Trainer) из Центра космических полетов им. Годдарда. – Тот факт, что поведение кислорода не повторяется точно каждый сезон, говорит о том, что оно регулируется не динамикой атмосферы. Это должен быть какой-то химический источник и поглотитель, который мы пока не можем объяснить».
Для ученых, изучающих Марс, загадка кислорода похожа на загадку метана. Метан в воздухе кратера Гейла также испытывает сезонные вариации, а иногда то внезапно появляется, то столь же внезапно исчезает. Ученые задаются вопросом, могут ли химические процессы, отвечающие за колебания содержания метана, приводить и к колебаниям количества кислорода. Во всяком случае, корреляция между содержанием в атмосфере этих двух газов прослеживается.
- Корреляция между содержанием кислорода (показано черными кружками с интервалами ошибок) и метана (показано серыми квадратами с интервалами ошибок) в зависимости от местного времени года по данным инструмента SAM.
Кислород и метан могут иметь как биогенное, так и абиогенное происхождение. Команда марсохода считает абиогенные причины более вероятными.
«Мы еще не смогли придумать ни одного процесса, который производил бы наблюдаемое количество кислорода, но мы полагаем, что дело в химических процессах в приповерхностном грунте, – сказал Тимоти МакКоннохи (Timothy McConnochie) из университета Мериленда, еще один соавтор статьи. – В атмосфере Марса количества атомов кислорода недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемые нами процессы».
Оригинальная статья: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019JE006175