Самое удивительное открытие, сделанное марсоходом Curiosity, — то, что метан просачивается с поверхности кратера Гейл, — заставило ученых почесать в затылках. Живые существа производят большую часть метана на Земле. Но ученые не обнаружили убедительных признаков современной или древней жизни на Марсе и, следовательно, не ожидали найти там метан. Тем не менее, портативная химическая лаборатория на борту Curiosity, известная как SAM, или Анализ образцов на Марсе, постоянно обнаруживает следы газа вблизи поверхности кратера Гейл, единственного места на поверхности Марса, где до сих пор был обнаружен метан. Ученые предполагают, что его вероятным источником являются геологические механизмы, которые задействуют воду и горные породы глубоко под землей. Если бы дело было только в этом, все было бы просто. Однако СЭМ обнаружил, что метан в кратере Гейла ведет себя неожиданным образом. Он появляется ночью и исчезает днем. Его содержание меняется в зависимости от сезона, а иногда достигает уровня, в 40 раз превышающего обычный.
Удивительно, но метан также не накапливается в атмосфере: орбитальный аппарат ESA (Европейского космического агентства) ExoMars Trace Gas Orbiter, отправленный на Марс специально для изучения газа в атмосфере, не обнаружил никакого метана. "Это история с множеством поворотов сюжета", - сказал Эшвин Васавада, научный сотрудник проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая возглавляет миссию Curiosity. Марсианские ученые заняты лабораторной работой и компьютерным моделированием метана, цель которых - объяснить, почему этот газ ведет себя странно и обнаружен только в кратере Гейла. Недавно исследовательская группа НАСА поделилась интересным предложением. В мартовской статье, опубликованной в журнале Geophysical Research: Planets, группа предположила, что метан — независимо от того, как он образуется — может быть скрыт под затвердевшей солью, которая может образовываться в марсианском реголите, представляющем собой "почву", состоящую из обломков породы и пыли. Когда температура повышается в теплое время года или в дневное время, что ослабляет герметичность, метан может просачиваться наружу.
Исследователи под руководством Александра Павлова, ученого-планетолога из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, предполагают, что газ также может вырываться клубами, когда уплотнения трескаются под давлением, скажем, марсохода размером с небольшой внедорожник, проезжающего по ним. По словам Павлова, гипотеза команды может помочь объяснить, почему метан обнаружен только в кратере Гейла, учитывая, что это одно из двух мест на Марсе, где робот бродит и бурит поверхность. (Другой - кратер Джезеро, где работает марсоход НАСА "Персеверанс", хотя у этого марсохода нет прибора для обнаружения метана.) Павлов связывает происхождение этой гипотезы с не связанным с ней экспериментом, который он провел в 2017 году, в ходе которого он выращивал микроорганизмы в имитируемой марсианской вечной мерзлоте (мерзлом грунте), пропитанном солью, как и большая часть марсианской вечной мерзлоты. Павлов и его коллеги проверили, могут ли бактерии, известные как галофилы, которые обитают в соленых озерах и других богатых солью средах на Земле, процветать в аналогичных условиях на Марсе.
По его словам, результаты выращивания микробов оказались неубедительными, но исследователи заметили нечто неожиданное: верхний слой почвы образовал соляную корку, когда соленый лед сублимировался, превращаясь из твердого вещества в газ и оставляя после себя соль. "В тот момент мы не придавали этому особого значения", - сказал Павлов, но он вспомнил о почвенной коре в 2019 году, когда настраиваемый лазерный спектрометр SAM обнаружил выброс метана, который никто не мог объяснить. "Именно тогда у меня в голове что-то щелкнуло", - сказал Павлов. Именно тогда он и его команда начали тестировать условия, при которых могут образовываться и растрескиваться затвердевшие солевые уплотнения. Команда Павлова протестировала пять образцов вечной мерзлоты, пропитанных различными концентрациями соли под названием перхлорат, которая широко распространена на Марсе. (Сегодня в кратере Гейла, скорее всего, вечной мерзлоты нет, но уплотнения могли образоваться давным-давно, когда Гейл был еще холоднее и ледянее). Ученые подвергли каждый образец воздействию различных температур и давления воздуха в камере для моделирования Марса в NASA Goddard.
Периодически команда Павлова вводила неон, аналог метана, под образец почвы и измеряла давление газа под ним и над ним. Более высокое давление под образцом означало, что газ был захвачен. В конечном счете, уплотнение образовалось в условиях, подобных марсианским, в течение от трех до 13 дней только в образцах с концентрацией перхлората от 5% до 10%. Это намного более высокая концентрация соли, чем была измерена Curiosity в кратере Гейл. Но реголит там богат другим типом солевых минералов, называемых сульфатами, которые команда Павлова хочет протестировать в следующий раз, чтобы выяснить, могут ли они также образовывать уплотнения. Марсоход Curiosity прибыл в регион, который, как полагают, сформировался в результате засушливого климата Марса. Улучшение нашего понимания процессов образования и разрушения метана на Марсе является ключевой рекомендацией в обзоре NASA 2022 года, посвященном планетарной миссии, и теоретические работы, подобные работе Павлова, имеют решающее значение для этой работы.
Однако ученые говорят, что им также необходимы более последовательные измерения содержания метана. SAM проводит поиск метана всего несколько раз в год, поскольку в остальное время он занят своей основной работой - отбором проб с поверхности и анализом их химического состава. "Эксперименты с метаном требуют больших ресурсов, поэтому мы должны подходить к их проведению со стратегической точки зрения", - сказал Чарльз Малеспин (Charles Malespin) из Goddard, главный исследователь SAM. Тем не менее, по словам ученых, для проверки того, как часто, например, повышается уровень метана, потребуется новое поколение наземных приборов, которые будут непрерывно измерять уровень метана во многих местах по всему Марсу. "Часть работ по метану придется оставить будущим наземным космическим аппаратам, которые в большей степени будут нацелены на ответы на эти конкретные вопросы", - сказал Васавада.
