«То появляется, то исчезает»
На Марсе обнаружили «хлороводородный сезон», который совпадает с летом в южном полушарии планеты. С чем это связано?
Марс изучали и изучают десятки аппаратов — в этом году начнут работать еще четыре — но загадок не становится меньше. Мы не понимаем, действительно ли в атмосфере планеты есть метан, есть ли (или были) на Марсе живые организмы и свободная вода. Теперь у нас появился еще один повод поломать голову: зонд Trace Gas Orbiter обнаружил, что в марсианской атмосфере регулярно появляется и исчезает хлороводород. Один из авторов открытия, Александр Трохимовский из Института космических исследований РАН, поговорил с N + 1 о том, как был обнаружен «хлороводородный сезон» и с чем он вообще может быть связан.
Взгляд на просвет
Расскажите о вашем приборе, спектрометре ACS. Правда ли его аналоги создавались еще для станции «Марс-96»?
Разумеется, мы использовали задел с предыдущих миссий. У нас был опыт работы на «Марсе-96», на «Марс-Экспрессе», на «Венера-Экспрессе», мы делали приборы для «Фобос-Грунта», ставили эксперименты на МКС — все это позволило нам накопить опыт. Концепцию ACS мы сформулировали в 2012 году, когда возникла возможность поставить наш прибор на «ЭкзоМарс».
В составе комплекса — три канала, фактически три прибора в одном, как кофе. У каждого из них свои научные задачи, свои спектральные диапазоны — ближний ИК-диапазон, средний ИК-диапазон, и тепловой ИК-диапазон. В 2012 году мы начали разработку, а в 2015 году он уже был поставлен в Европу для установки на аппарат. Это очень быстро для таких проектов, это была большая авантюра. При этом разработка была чисто российская, хотя и с международным участием — например, некоторые детекторы мы закупали за рубежом.
В марте 2016 года TGO полетел к Марсу, добрался туда в октябре, а потом был очень долгий этап аэроторможения. Чтобы выйти на круговую орбиту, использовались не двигатели, а торможение об атмосферу. Только в апреле 2018 года аппарат вышел на рабочую орбиту — круговую высотой 400 километров и наклонением 73 градуса, и мы смогли начать рутинные научные измерения.
Задача TGO, как видно из самого его названия — Trace Gas Orbiter — искать и исследовать малые газовые составляющие. Наш прибор для решения этой задачи использует метод «солнечных просвечиваний», то есть спектрометр смотрит на Солнце через атмосферу, на просвет, и получает спектры. В ближнем ИК-диапазоне это в основном водяной пар — это, конечно, не «малая газовая составляющая» — а вот в среднем ИК-диапазоне от 2 до 4 микрон, как раз регистрируются полосы поглощения всей экзотики: метана, производных метана, формальдегидов, SO2, и еще длинный список того, что там гипотетически можно искать.
С апреля 2018 года мы работаем ежедневно. Общее количество сеансов измерений уже перевалило за 4 тысячи, то есть три года мы делаем по несколько измерений в день.
А как именно вы смотрите на просвет? Как проходит сеанс измерений?
Прибор постоянно ориентирован на Солнце, уставился на него и смотрит. Аппарат тем временем летит вокруг Марса. В какой-то момент он начинает залетать за Марс, Солнце начинает светить сквозь атмосферу, а мы снимаем спектры — сначала верхних слоев, потом все ниже и ниже, и так пока Солнце не скроется за горизонтом окончательно. Один сеанс наблюдений длится от трех до шести минут, каждый раз мы снимаем профили — распределение концентрации разных газовых составляющих по высоте. На каждом витке два таких сеанса — на закате и на восходе. Один оборот занимает два часа, и таких затмений получается очень много.
При этом мы получаем данные о параметрах атмосферы над какой-то точкой поверхности. Это пятно размером примерно в один квадратный градус. Орбита была специально выбрана так, чтобы обеспечить максимальное покрытие всей поверхности планеты. Мы «простреливаем» атмосферу со всех сторон, над многими точками, слепые зоны у нас есть только над самыми полюсами.
И что вы узнали за три года?
Мы примерно в 100 раз улучшили точность по сравнению с предыдущими приборами. Скажем, мы можем получать профили в интервале высот от 10 до 120 километров, а «Марс-Экспресс» видел диапазон от 30 до 60 километров.
ACS смог намного улучшить картину с водяным паром. Мы измеряем все время и СО2 — это основной компонент атмосферы, — отслеживаем по нему температуру и давление, что дает нам характеристики климата и сезонные изменения в атмосфере. Исследуем аэрозоли: пыль и водяной лед. Очень хорошо видно, как формируется на разных высотах водяной пар, поднимается, возникают облака на больших высотах — как вода замерзает и превращается в кристаллики льда. И мы с орбиты видим, что это именно кристаллы льда, а не какая-то дымка.
Важен для нас моноксид углерода, угарный газ СО. Он возникает из молекул СО2 на большой высоте, где под действием под действием ультрафиолета от них отделяется атом кислорода. СО довольно много, сотни, тысячи частей на миллион (ppm) и он очень хорошо характеризует движение атмосферы. На Марсе атмосфера движется по ячейкам Хэдли: на экваторе нагревается, идет вверх, потом к полюсам влево-вправо, там опускается. И с больших высот как раз опускаются больше СО — это такое маркер динамики атмосферы. По СО мы можем видеть, с какой скоростью двигаются ячейки, какого они размера.