Могат ли други газове да помогнат да се обясни мистерията на метана на Марс?

Коробка спътник с широка панелна антена и антена, обикаляща около червеникав Марс.

Илюстрация на художника за съвместния европейско-руски Trace Gas Orbiter (TGO), който обикаля около Марс от 2016 г. Изображение чрез ESA/ ATG medialab/Space.com.


Годишната кампания за финансиране на EarthSky е в ход. През 2020 г. ние даряваме 8,5% от всички входящи приходи на No Kids Hungry. Щракнете, за да научите повече и дарете.

Има ли метан в атмосферата на Марс геоложки произход, произтичащ от процеси в марсианските скали? Или може да е апризнак на живот? Марсметанът е открит от телескопи на Земята, обикалящи около космически кораби и дориРоувър на любопитствотона Марс. Междувременно учените от Европейската космическа агенция (ESA) са разочаровани от липсата на откриване на метан от техния орбитален трасиращ газ (TGO) - част отExoMarsмисия - проектирана отчасти специално за измерване на метан. Орбитата обикаля около Марс от 2016 г., но засега няма метан. Сега учените смятат, че имат отговор.


Новите открития идват от учени от Великобритания и Русия. Те биха могли да помогнат да се обясни защо TGO не е открил метан на Марс, ESA есъобщава. Отговорът е свързан с други два газа в атмосферата, въглероден диоксид (CO2) и озон (O3).

Изследователите публикуваха две новирецензирандокументи на 27 юли 2020 г., вАстрономия и астрофизика. Единият се занимава свъглероден двуокисоткриване, а другият созон.

Въпреки че TGO все още не е открил директно метан, той направи друго интригуващо откритие, което може да обясни защо. Той откри както въглероден диоксид, така и озон в районите, където се очакваше да се види метан. За двата газа е известно отдавна, а атмосферата на Марс е предимно въглероден диоксид, така че защо това е изненадващо?

Две графики с плътни зигзагообразни цветни линии за подпис и текстови пояснения на бял фон.

Спектрални сигнатури на въглероден диоксид (вляво) и озон (вдясно) на Марс, открити от инструмента ACS на Trace Gas Orbiter (TGO). Изображение чрез Olsen et al./ТОВА.




Кевин Олсенна Оксфордския университет, който ръководи проучването във Великобритания, обясни в aизявление:

Тези функции са едновременно озадачаващи и изненадващи.

Те лежат над точния диапазон на дължината на вълната, където очаквахме да видим най -силните признаци на метан. Преди това откритие характеристиката на CO2 беше напълно неизвестна и това е първият път, когато озонът на Марс е идентифициран в тази част от инфрачервения диапазон на дължините на вълните.

TGO направи наблюденията, след като изучаваше марсианската атмосфера за цяла марсианска година, използвайки своя пакет за атмосферна химия (ACS). ACS е изключително чувствителна и може да покаже на учените как тези газове взаимодействат със светлината. Изследователите бяханеочаквайки да види озон в частта наинфрачервендиапазон на дължините на вълните, където се очакваше да се види метан. Предишни наблюдения разчитаха на виждането на озоновия подпис вултравиолетово, техника, която позволява измерване само на голяма надморска височина (над 20 км над повърхността). ACS обаче може да картографира озона надолу и на по -ниска надморска височина. От озоновата хартия:


Ние съобщаваме за първото наблюдение на спектралните характеристики на марсианския озон (O3) в средния инфрачервен диапазон, използвайки канала Atmospheric Chemistry Suite Mid-InfaRed (MIR), кръстосано разпръснатспектрометърработи в режим на слънчево затъмняване с най -добрата спектрална разделителна способност на всяка мисия за дистанционно наблюдение до Марс.

Способността за едновременно разрешаване на тези проблемивидовеоказва влияние върху настоящите и миналите опити за измерване на изобилието на метан в атмосферата на Марс.

В този регион и период от време, съответстващи на северното есенно равноденствие, успяхме да наблюдаваме значителни количества озон в средната инфрачервена светлина на височини под 30 км.

Поглъщането на озон под 30 км в средния инфрачервен диапазон има важни последици за търсенето на атмосферен метан. Минали наблюдения на метан в атмосферата на Марс (Formisano et al. 2004; Krasnopolsky et al. 2004; Mumma et al. 2009; Webster et al. 2015) бяха водеща причина за развитието на мисията ExgoMars TGO. CH4 трябва да има относително кратък живот в атмосферата на Марс (няколкостотин години), което означава, че текущите наблюдения изискват активен източник (Lefèvre & Forget 2009). Ключова цел на мисията TGO е да се определи със сигурност дали CH4 присъства в атмосферата на Марс и каква е нейната пространствена и времева променливост и да се локализират всички възможни източници. Тази история продължава да бъде интригуваща, тъй като първите резултати от TGO съобщават за горна граница от порядъка на 50 pptv (Korablev et al. 2019), а наблюденията на ACS MIR продължават да не разкриват метан след една МОЯ. На негово място вместо това открихме редките и неоткрити досега подписи на O3 и нова CO2 магнитна диполна лента (Trokhimovskiy et al. 2020).


Две графики с линии на подпис в зигзаг и текстови пояснения на бял фон.

Друга графика, подчертаваща неочаквания подпис на въглероден диоксид - магнитна диполна абсорбционна лента на молекулата - открита от инструмента ACS на Trace Gas Orbiter (TGO). Изображение чрез Trokhimovskiy et al./ТОВА.

ACS също видяха въглероден диоксид в инфрачервения диапазон на дължината на вълната, където очакваха да видят метан, което също беше неочаквано.Alexander Trokhimovskyна Института за космически изследвания на Руската академия на науките в Москва, който ръководи руското изследване, каза:

Откриването на непредвиден CO2 подпис, където търсим метан, е важно. Този подпис не би могъл да бъде отчетен по -рано и следователно може да е играл роля при откриването на малки количества метан на Марс.

Катоотбелязаноот Меган Бартелс в статия заSpace.com, странното подреждане на тези два газа, където се очакваше метан, предполага, че те пречат на откриването на метан от TGO. От озоновата хартия:

Наблюдаваният спектрален признак на озон при 3000–3060 cm -1 директно се припокрива със спектралния обхват на лентата на метановото (CH4) v3 вибрационно въртене и той, заедно с новооткритата CO2 лента в същия регион, може да попречи на измерванията на изобилието на метан.

Кръгови диаграми, насложени върху глобусите на Земята и Марс една до друга с бели текстови пояснения на черен фон.

Сравнение на атмосферите на Марс и Земята. Изображение чрезТОВА.

Графична илюстрация на Марс с текстови анотации на черен фон.

История на ключовите измервания на метан на Марс от 1999 до 2018 г. Изображение чрезТОВА.

Тези констатации не са в пряко противоречие с тези на други мисии, тъй като наблюденията са направени предимно по различно време от тези, които са открили метан, а TGO е проектиран да издушва много малки количества метан, а не по -големи струи, както се вижда преди (въпреки че дори тези струи са много малки в сравнение с метановите струи на Земята). Олсен каза:

Всъщност ние активно работим за координиране на измерванията с други мисии. Вместо да оспорва всички предишни твърдения, тази констатация е мотивация за всички екипи да се вгледат по -отблизо; колкото повече знаем, толкова по -дълбоко и точно можем да изследваме атмосферата на Марс.

Изследователите се чудеха дали предишните наблюдения от Земята,Марс Експрес(с помощта на планетарния спектрометър на Фурие, илиPFS) или любопитство (с помощта на настройваем лазерен спектрометър, илиTLS), може да е сбъркал въглеродния диоксид и/или озона за някои от измерванията на метана, но това се счита за малко вероятно. От озоновата хартия:

CO2 и O3 сами по себе си не могат да обяснят откритията, направени от двата екипа. В случая на PFS, неизвестните досега характеристики на CO2 биха повлияли еднакво на всички наблюдения, тъй като CO2 винаги присъства и е добре смесен. Вместо това екипът на PFS е идентифицирал CH4 само в малък брой наблюдения (Formisano et al. 2004; Giuranna et al. 2019). Освен това, ние изчислихме спектрите с O3 в два и три пъти по -големи количества от нашите наблюдения, а самата величина на CH4, наблюдавана от тези последни автори (15 ppbv), е твърде голяма, за да може лесно да се сбърка с O3.

В случая на TLS, който прави измервания на CH4 на повърхността и най -вече през нощта, където и когато изобилието на O3 е най -голямо, отново е малко вероятно голямото количество наблюдаван CH4 (до 9 ppbv) да е резултат от O3, все пак последният може да се намеси в измерването на фоновото ниво на метан в т. нар. обогатен режим, тъй като и озонът, и метанът трябва да поддържат едно и също обогатяване.

За наземни наблюдения, силните характеристики на абсорбция на O3 от земната атмосфера трябва първо да бъдат премахнати, преди да се получат съотношенията на смесване за Марс (Краснополски 2012; Mumma et al. 2009); O3 трябва да се отчита, въпреки че тази стъпка прави извличането по -трудно (Zahnle et al. 2011). И накрая, в случай на всички предишни наблюдения, бързата еволюция и изчезването на CH4 все още не са обяснени, въпреки че химията на озона е много бърза, с живот от порядъка на дни.

Илюстрация на скалиста повърхност и подземна повърхност със стрелки и текстови анотации.

Възможните методи, по които учените смятат, че метанът може да бъде създаден и унищожен на Марс. Изображение чрезТОВА.

Резултатите не само ще помогнат на учените да проследят по -добре метана, но и ще научат повече за атмосферата на Марс като цяло. Александър каза:

Тези открития ни позволяват да изградим по -пълно разбиране за нашия планетарен съсед.

Озонът и CO2 са важни в атмосферата на Марс. Като не отчитаме правилно тези газове, ние излагаме на риск неправилно характеризиране на явленията или свойствата, които виждаме.

Заедно тези две изследвания правят значителна крачка към разкриване на истинските характеристики на Марс: към ново ниво на точност и разбиране.

Основната мисия на TGO е да открива следи от газове, които биха могли да произхождат от геоложки или биологични процеси. Мисията ExoMars като цяло е съвместно усилие между Европа и Русия. Според TGO Project ScientistХакан Сведем:

Тези открития са пряк резултат от изключително успешното и продължаващо сътрудничество между европейски и руски учени като част от ExoMars.

Те определят нови стандарти за бъдещи спектрални наблюдения и ще ни помогнат да нарисуваме по -пълна картина на атмосферните свойства на Марс - включително къде и кога може да се намери метан, което остава ключов въпрос при изследването на Марс.

Освен това тези констатации ще предизвикат задълбочен анализ на всички съответни данни, които сме събрали до момента - и перспективата за ново откритие по този начин, както винаги, е много вълнуваща. Всяка информация, разкрита от ExoMars Trace Gas Orbiter, отбелязва напредък към по -точно разбиране на Марс и ни поставя на една крачка по -близо до разгадаването на продължителните загадки на планетата.

Усмихнат мъж с очила и вертикални щори зад него.

Кевин Олсен от Оксфордския университет във Великобритания, който ръководи изследването на озона на Марс. Изображение чрезОксфордски университет.

Все още не знаем произхода на марсианския метан, но новите изследвания от Европа и Русия на други газове в атмосферата ще помогнат за прецизиране и стесняване на възможностите.

В крайна сметка: TGO орбиталният апарат на ESA неочаквано е открил въглероден диоксид и озон в атмосферата на Марс, където трябва да бъде неуловимият метан.

Източник: Първо наблюдение на магнитната диполна абсорбционна лента на CO2 при 3.3 µm в атмосферата на Марс от инструмента ACS на ExoMars Trace Gas Orbiter

Източник: Първо откриване на озон в средната инфрачервена светлина на Марс: последици за откриването на метан

Чрез ESA