Опубликованы новые результаты работы российско-европейской миссии «ЭкзоМарс»: сезонное появление хлороводорода, распределение угарного газа и улетучивающийся водяной пар

Начало года ознаменовалось целой серией научных публикаций, основанных на результатах работы международной космической миссии «ЭкзоМарс», в которой принимает участие и Россия. Эти статьи содержат большое количество новых данных о строении газовой оболочки Красной планеты. Часть из них не столько отвечают на уже поставленные вопросы об атмосфере Марса, сколько описывают новые загадки, требующие пристального изучения.

Наиболее громким открытием стало обнаружение хлороводорода в марсианской атмосфере при помощи разработанного российскими инженерами и учеными инструмента ACS. Посвященная ему публикация размещена в рецензируемом журнале Science Advances Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS). А еще в январе вышла статья с описанием циркуляции угарного газа в атмосфере Марса. Она опубликована в Nature Geoscience и тоже основана на данных спектрометра ACS.

Напомним, миссия «ЭкзоМарс» (ExoMars) — совместный проект Европейского космического агентства (ESA) и «Роскосмоса». Она состоит из двух аппаратов: искусственного спутника Марса Trace Gas Orbiter (TGO) и спускаемого модуля «Скиапарелли». Последний, к сожалению, из-за ошибки в программном обеспечении 19 октября 2016 года вместо мягкой посадки встретился с поверхностью Красной планеты на скорости порядка 300 километров в час. А TGO успешно работает более четырех лет и занимается исследованием распределения газов в атмосфере Марса.

Хлороводородные сезоны

Некоторое количество хлороводорода в атмосфере Марса ожидалось согласно ранее созданным моделям, но когда поначалу его не засекли, решили, что этого соединения в ней и нет (или концентрация за пределами чувствительности ACS). Однако один из исследователей решил проанализировать данные, полученные в неблагоприятное для наблюдений время марсианского года — в сезон пылевых бурь. Для спектрометра заполненная частичками песка атмосфера выглядит слишком шумной, и обычно в таких показаниях искать что-то бесполезно.

Но в ходе поисков тяжелого водяного пара (HDO), в котором один атом водорода замещен дейтерием, полезными были любые данные. Неожиданно оказалось, что в спектрах ACS выделяются линии хлороводорода. После повторного анализа всех ранее собранных показаний получилось восстановить картину происходящего.

Выяснилось, что хлороводород появляется на несколько недель и затем исчезает. Происходит это во время лета в южном полушарии планеты, которое из-за особенностей орбиты Марса гораздо теплее, чем аналогичный сезон на севере. Такое поведение HCl не согласуется ни с одной существующей моделью марсианской атмосферы. В ближайшем будущем ученым предстоит определить не только механизмы выработки этого газа, но и под действием каких процессов он распадается. Пока ни одна гипотеза не объясняет всех нюансов: вулканизма нужной силы на Марсе не зафиксировали, улетучиваться из атмосферы хлороводород не может (слишком тяжелый), а распасться под действием солнечного излучения он бы так быстро не смог. Возможно, дело в каких-то реакциях содержащихся в почве перхлоратов.

Распределение угарного газа

Атмосфера Марса по большей части состоит из углекислого газа (CO2). На больших высотах (порядка 60 километров) под действием ультрафиолета от него отрывается один атом кислорода — и получается угарный газ (CO). Поскольку марсианская атмосфера циркулирует, как и земная, по ячейкам Хэдли, значительная часть CO в результате спускается обратно к поверхности. Там этот газ частично связывается гидроксильным радикалом OH и снова превращается в CO2. Среднее время жизни одной молекулы угарного газа оценивается в 2,5 земных года (1,3 марсианского года), так что по их движению и концентрации в атмосфере можно судить сразу о многих процессах.

В частности, угарный газ позволяет отлично отслеживать движение марсианской атмосферы. На экваторе она нагревается и поднимается вверх, а затем расходится к полюсам, где опускается обратно. Причем, благодаря «жизненному циклу» CO на Марсе, вниз его движется заметно большее количество, чем поднимается вверх. Так удалось создать очень точную модель газовой оболочки Красной планеты и вместе с тем увидеть некоторые интересные процессы, об одном из которых расскажем ниже.

«Убегающий» водяной пар

Среди прочего наблюдения с помощью ACS и NOMAD за циркуляцией атмосферы Марса выявили разницу в количестве поднимающегося вверх и опускающегося обратно водяного пара. То небольшое количество влаги, что содержится в марсианском грунте, постоянно испаряется. Этот процесс усиливается летом: молекулы воды улетучиваются в верхние слои атмосферы. Там они под действием ультрафиолета распадаются на кислород и водород, причем последний настолько легкий, что уносится в космос. Этот механизм был известен и ранее, но теперь его удалось измерить с высокой точностью.