Лев Зеленый: «Источник метана на Марсе – это и есть самая большая загадка»

Это первый этап миссии «ЭкзоМарс», в ходе которого к Марсу отправился орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter с посадочным модулем «Скиапарелли». Сейчас аппарат продолжает путь к Марсу. В ближайшее время запланировано тестовое включение научной аппаратуры.

О том, какие научные задачи поставлены перед «ЭкзоМарсом-2016», в интервью Infox.ru рассказал Лев Зеленый - академик, вице-президент РАН, доктор физико-математических наук, директор Института космических исследований РАН – головной организации по научному обеспечению проекта «ЭкзоМарс».

Что мы знаем о Марсе

Марс всегда будоражил воображение людей. Еще в конце XIX века итальянский астроном Джованни Скиапарелли, изучавший Марс с помощью телескопа, обнаружил, что поверхность планеты покрыта сетью каналов. Как выяснилось позже, Скиапаралли оказался прав, но тогда его сообщение вызвало массу фантастических домыслов о том, что это рукотворные каналы, построенные инопланетянами. Идея существования на Марсе цивилизации очень нравилась фантастам – стоит вспомнить и «Аэлиту» Алексея Толстого, «Войну миров» Герберта Уэллса.

Но еще больше Марс интересовал ученых: в середине XX века к нему отправились первые космические аппараты. С 1960-х по 1973 г СССР произвел 18 запусков к Марсу, а два посадочных аппарата - Марс-3 и Марс-6 впервые в истории достигли поверхности планеты.

В 1975-1982 годах США удалось успешно реализовать программу «Viking». Среди самых громких других успешных миссий XX и XXI века – «Фобос -2» (1988), «Mars Odyssey» (2001), «Mars Eхpress» (ESA, 2003), «Mars Reconnaissance Orbiter» ( 2005, NASA), «Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission» (2013, NASA), «Mars Orbiter Mission» (Индия, 2013). На поверхности Марса продолжат работать и два американских марсохода – Curiosity и Opportunity.

Марс изучается очень активно, и сейчас уже накоплено огромное количество данных, но вопросов все равно остается множество, говорит Лев Зеленый.

«На Марсе существуют две фундаментальные проблемы: первая – поиск воды. Вторая – поиск жизни. Благодаря исследованиям последнего десятилетия можно считать доказанным, что на Марсе есть вода. В основном она находится в виде льда под поверхностью на глубине от 1,5 до 2 метров - как вечная мерзлота и в виде постоянных полярных шапок. Но иногда на Марсе появляется жидкая вода, когда на экваторе во время марсианского лета температура повышается до +10 градусов. Тогда с орбиты заметны русла ручьев. Зимой температура на Марсе может достигать -150°C, а средняя температура на планете составляет -60 °C. Источник воды на Марсе – это древний океан», - говорит Лев Зеленый.

Когда-то Марс покрывал океан

Удивительно, но согласно гипотезе однородности первичного состава планет, первые этапы геологической истории Марса, Земли и Венеры были примерно одинаковыми - на этих планетах существовал океан. Предполагается, что Марс мог обладать океаном глубиной 1,5 километра.

Этот период описывает так называемая гипотеза влажного и теплого Марса, объясняет Лев Зеленый. Считается, что он длился примерно шесть миллионов лет – с момента образования Марса (то есть с 4,6 млрд лет назад) до 4 млрд лет назад.

Но потом произошло катастрофическое событие, которое определило всю дальнейшую судьбу Марса: он потерял свое магнитное поле.

Здесь стоит пояснить, что Земля, в отличие от Марса, магнитным полем обладает (оно связано с токами, которые есть в ядре). Это магнитное поле защищает нашу планету от множества неприятностей – от космической радиации и от солнечного ветра – мощного потока плазмы, который идет от солнца.

К сожалению, в самом начале своей истории магнитное поле Марса стало ослабевать. В результате его поверхность оказалась беззащитной перед губительной космической радиацией, а поток плазмы солнечного ветра напрямую стал взаимодействовать с атмосферой. В итоге, Марс потерял как атмосферу – ее сдул солнечный ветер, так и океан.

Наступил период холодного и сухого Марса, который длится до сих пор.

Странно было бы предположить существование жизни в таких условиях.

Метан – это жизнь?

Но случилось удивительное открытие, которое запустило целый цикл новых исследований - на основе наблюдений с наземных телескопов на Марсе были обнаружены следы метана.

В 2004 году об этом объявили сразу три независимые группы. Первая статья была опубликована когда-то отечественным, а теперь американским астрономом Владимиром Краснопольским. Сначала это открытие вызвало бурные споры, но потом наличие метана на Марсе подтвердили измерения на спутниках и на марсоходах.

«Но метан обнаруживался как-то странно, например, по данным, полученным с марсохода «Curiosity» он появлялся клочками. Содержание его было совсем небольшим - 10 частей на миллиард (10 ppb), но приборы позволили его определить, правда, с большими погрешностями. Но даже такая малая концентрация вызвала загадку», - говорит Лев Зеленый.

Дело в том, что метан на Марсе не может жить долго. Поскольку на Марсе нет озонового слоя, метан, оказавшись на свету, быстро разрушается солнечными лучами. Среднее время жизни молекулы метана в марсианской атмосфере – около 300 лет, срок ничтожный по астрономическим меркам. То есть, если какое-то количество метана возникло при образовании Марса, то оно давно бы исчезло. Значит, на Марсе есть какой-то источник метана. Что это за источник – это и есть самая большая загадка.

Здесь существует несколько гипотез. Например, геологическая гипотеза происхождения метана. Считается, что таких геологических механизмов, которые могли бы работать на Марсе – два. Это вулканизм и реакция некоторых минералов, в первую очередь оливина, с водой, в результате которой образуется минерал серпентин и выделяется метан. Но в таком случае вулканы помимо метана должны были высвобождать и другие газы вроде SO₂, которых ни Краснопольский, ни кто-либо ещё в нужных количествах никогда не видел.

«Возникла и другая гипотеза, и она самая интересная - это гипотеза биогенного происхождения марсианского метана. Похоже, на Марсе есть какие-то импульсы, выбросы, когда метан пробивает грунт и выходит на поверхность», - говорит Лев Зеленый.

Но источник этих импульсов-выбросов – большая загадка. Непонятно, связан ли он с водой, где, возможно, обитают микроорганизмы – марсианские бактерии-метаногены.

Вполне возможно, что на главные вопросы поможет ответить миссия «ЭкзоМарс».

«ЭкзоМарс -2016»: первый этап миссии

Первый этап миссии - «ЭкзоМарс -2016», который уже стартовал, состоит из запуска к Марсу орбитального аппарата Trace Gas Orbiter с посадочным модулем «Скиапарелли». Четыре прибора на борту Trace Gas Orbiter по сути должны решить основную задачу миссии «ЭкзоМарса» – поиск возможных следов органической жизни на Марсе. Из этих четырех приборов два разработаны в Институте космических исследований РАН – это Atmospheric Chemistry Suit или ACS и Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector или FREND.

«ACS будет наблюдать за веществами, которых в марсианской атмосфере очень мало – это метан, благородные газы. Будет анализироваться и относительное содержание разных изотопов углерода в метане (этот анализ, возможно, поможет различить «биологический и «минеральный» метан). Вместе с этим прибором наблюдения будет вести и бельгийский прибор NОMAD. Другой российский прибор - FREND предназначен для изучения потока нейтронов», - говорит Лев Зеленый.

По потоку нейтронов можно судить о наличии воды под поверхностью Марса. Там, где нейтроны сильнее поглощаются (поток может исходить из глубин 1,5 – 2 метра), там есть вещество, которое поглощает эти нейтроны, а лучше всего нейтроны поглощают вещества, содержащие водород (т.к. они одинаковой массы), а водород содержит вода.

Подобный прибор – HEND (High Energy Neutron Detector) с разрешением несколько сотен километров был создан в ИКИ РАН, и в начале 2000-х годов он работал на космическом аппарате «Mars Odyssey». Разрешение нынешнего прибора - FREND - больше и составляет 20-30 километров.

«Это очень важно. Поскольку мы хотим локализовать источники воды и источники выбросов метана. То есть, постараться привязать места, где есть избыток метана, с точными местами, где есть вода. Тогда вполне возможно, что именно там окажутся какие-то примитивные формы жизни», - говорит Лев Зеленый.

Второй этап «ЭкзоМарса»

Следующий этап миссии «ЭкзоМарс» будет решать и вовсе фантастические задачи – в 2018 году (в настоящее время обсуждается перенос сроков на 2020 год) планируется посадка на поверхность Марса многофункциональной платформы с марсоходом (его разрабатывает Европейское космическое агентство) и бурильной установкой. Эта установка может забрать грунт на глубине около двух метров. А там, скорее всего, и скрывается все самое интересное.