Новости цивилизации

Марс приоткрывает секреты ученым

Это открытие заставляет пересмотреть модели химических реакций, связанных со взаимодействием поверхности и атмосферы Марса. Статья с результатами работы опубликована в журнале Science Advances 10 февраля 2021 г. В том же номере журнала опубликована статья по данным бельгийского спектрометрического комплекса NOMAD, также на борту TGO, который исследовал водяной пар в марсианской атмосфере. Обе работы подтверждают, что на Марсе по-прежнему есть много интересных задач для физиков и химиков.
Хлорводород, HCl, был известен в атмосферах, как минимум, на двух планетах Солнечной системы: Земле и Венере. На Земле он попадает в воздух из моря, когда частицы морских солей превращаются в аэрозоль. После взаимодействия с водой высвобождается хлор, который затем реагирует с водородсодержащими соединениями и образует хлорводород. Далее с хлорводородом хорошо реагируют озон и гидроксильные радикалы, поэтому от его количества частично зависит окислительная способность нашей атмосферы, а также — процессы сезонного «утончения» озонового слоя на полюсах.
На Венере хлорводород — основной «поставщик» хлора в атмосферу, где он распадается под действием солнечного света и становится одним из главных факторов, обеспечивающих стабильность углекислотной атмосферы.
Предполагалось, что хлорводород существует и на Марсе, но экспериментально его обнаружить не удавалось. С учетом возможностей имевшихся инструментов был сделан вывод, что молекул HCl в марсианской атмосфере очень мало — 0,2–0,3 частица на миллиард в единице объема (parts per billion volume, ppbv).


Столь малые концентрации называют «следовыми» (по-английски «trace»). Чтобы обнаружить такие малые составляющие атмосферы, в ИКИ РАН был создан спектрометрический комплекс ACS (Atmospheric Chemistry Suite) для российско-европейского проекта «ЭкзоМарс». ACS включает три инфракрасных спектрометра, обладающих очень высокими чувствительностью и спектральным разрешением.
TGO — марсианский зонд, часть проекта «ЭкзоМарс». Его название — аббревиатура от Trace Gas Orbiter, «орбитальный аппарат для изучения малых газовых составляющих». Как следует из имени, одна из основных задач TGO — поиск газов, которые могли бы свидетельствовать о вулканической и, возможно, биологической активности на Марсе. Их концентрация должна быть очень мала, именно поэтому от приборов на борту требуется рекордная чувствительность. Второй, кроме ACS, прибор на борту TGO, нацеленный на решение той же задачи, — бельгийский спектрометрический комплекс NOMAD.
С момента начала работы в 2018 г. ACS наблюдал многие известные газы марсианской атмосферы, а также их неизвестные «разновидности» — изотопологи. Возможно, кто-то уже потерял надежду обнаружить на Марсе что-то новое, но постоянные наблюдения принесли долгожданный результат — в марсианской атмосфере впервые обнаружен хлорводород. При этом благодаря методу работы «на просвет» атмосферы, ACS смог не только детектировать сам факт наличия HCl, но и определить его концентрацию в зависимости от высоты.
Линии поглощения хлорводорода в атмосфере Марса. Пример спектра, полученного спектрометрическом комплексом ACS на борту КА TGO (миссия «ЭкзоМарс-2016», Роскосмос/ЕКА). Наблюдания проводились в режимы солнечных затмений, при котором прибор регистрирует свет Солнца, проходящего через атмосферу Марса. Различные вещества в атмосфере поглощают солнечный свет по-разному, в результате в спектре видны характерные «провалы» — линии поглощения атомов или молекул. Положение линий поглощения хлорводорода показано пунктиром; наразных спектрах показаны наблюдения, проведенные на разной высоте от поверхности © Korablev et al (2021)
Измерения проводились с апреля 2018 по март 2020 г. (за это время прошло немногим больше одного марсианского года). Хлорводород в атмосфере Марса был впервые зарегистрирован после осеннего равноденствия в северном полушарии, когда начиналась глобальная пылевая буря, за которой последовала вторая, меньших масштабов. Всё это время в атмосфере Марса было сравнительно много пыли, которая поднималась до 30–50 км над поверхностью. Пыль хорошо нагревается, поэтому нагревает и атмосферу, заставляя её расширяться и усиливая циркуляцию. При этом, однако, становится трудно наблюдать, хотя в полярных широтах атмосфера остается сравнительно чистой.

«Мы начали регистрировать хлорводород в северном и южном полушариях только после начала глобальной пылевой бури, — говорит член-корреспондент РАН Олег Кораблёв, первый автор статьи, научный руководитель эксперимента АЦС и заместитель директора ИКИ РАН. — Скорее всего, он уже был в атмосфере, и его постепенно «разносила» атмосферная циркуляция. Позже, во время спада глобальной бури, мы также наблюдали HCl, в том числе в средних широтах».

Марс
Made on
Tilda