Вторая загадка Марса: откуда там метан и зачем нужен ExoMars

Метан — это простое органическое соединение с одним атомом углерода и четырьмя водорода. Метан занимает большую роль в жизни человечества на Земле, так как это основной компонент природного газа. Сейчас считается, что до 90% земного метана, в том числе запасенного в недрах, имеет биологическое происхождение. В то же время, в космосе его тоже немало — метан регистрировали на кометах, в атмосфере Юпитера метан занимает массу, равную трем планетам Земля, а на спутнике Сатурна Титане текут метановые реки в ледяных берегах.

Пока ученые думали, откуда метан появился на Марсе, он пропал. То есть практически совсем. Не рассеялся в атмосфере, до какого-то усредненного значения, а просто исчез, оставив совсем уж ничтожные концентрации, которые едва регистрировались доступными на тот день приборами.

Ученые приняли вызов, и к 2012 году снарядили марсоход Curiosity, который оборудовали чутким газоанализатором, способным определять метан в атмосфере. Правда послали его не туда, где наблюдались выбросы метана, так как главными в проекте были геологи, а у них нашлись свои цели в кратере Гейла.

Успешно высадившись и освоившись на Марсе, Curiosity провел первые исследования и признал, что метана нет. Точнее нет в той концентрации, которая была доступна его приборам. Астрономы с Земли практически подтвердили его результаты — метана и правда было совсем мало, на пределе разрешающей способности земных спектрометров.

Пока исследователи размышляли о марсианском метане Шредингера, прошел еще год и Curiosity прислал новые данные — таинственный газ снова появился в кратере Гейла… А потом снова пропал. Пока американские ученые пытались высмотреть метан с телескопов с Земли и гонялись за ним на марсоходе, европейские и российские планетологи решили взяться за дело по-своему. Получив колоссальный опыт совместной эксплуатации космический аппаратов Mars Express и Venus Express и значительно доработав исследовательские приборы, они решили искать марсианский метан с орбиты. Как уже упоминалось, Mars Express регистрировал метан, но его разрешающая способность по распределению атмосферных газов оставляла желать лучшего. Набравшись опыта, россияне и европейцы решили подготовить аппарат, который сможет искать метан с точностью не менее чем в тысячу раз превышающую возможности Mars Express. Так родилась идея космического аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter. Точнее идея у европейцев появилась давно, но она переживала нелегкую судьбу, пока Европейское космическое агентство не подписало в 2013 году договор с Роскосмосом.

Сотрудничество по «ЭкзоМарсу» строится по принципам уже отработанным на «Экспрессах»: Россия обязалась предоставить две ракеты «Протон-М» для запуска спутника и марсохода, и на аппаратах будут установлены российские научные приборы вместе с европейскими. Первым рейсом отправляется спутник Trace Gas Orbiter. Он должен сбросить тестовый спускаемый модуль Schiaparelli, а потом несколько лет заниматься разгадыванием метановой головоломки. Заодно он сможет определить низкие концентрации других газов в атмосфере Марса, если они там есть. Например, если местные вулканы не совсем еще закаменели и хотя бы немного сочатся вулканическими газами, TGO должен найти эти газы и определить их источники.

Вообще, если предыдущее десятилетие было посвящено изучению геологии Марса как с орбиты, так и с поверхности, то сейчас уже идет «атмосферный» этап. Еще два года назад к Марсу прибыли американский аппарат MAVEN и индийский Mars Orbiter. Аппарат NASA четко заточен под изучение атмосферы и магнитосферы Марса, но он занимается верхними слоями и их взаимодействием с космическим ветром. MAVEN должен ответить на вопрос, как Марс теряет свою атмосферу, в то время как ExoMars TGO будет искать возможные источники ее пополнения из недр планеты.

Индийские ученые тоже заинтересовались метановым вопросом и даже снарядили отдельный прибор для его поиска, но пока только тестируют его. И надо понимать, что он вряд ли покажет качество выше, чем у Mars Express. Все-таки индийцы здраво оценивают свои возможности в межпланетных исследованиях и подчеркивали более демонстрационное значение своего аппарата.

ExoMars TGO — это трехметровый четырехтонный комический аппарат, который несет на борту 600-килограммовую «летающую тарелку» Schiaparelli и четыре основных научных прибора. Schiaparelli нужен европейцам, чтобы научиться садиться на Марс. Ранее у них был неудачный опыт посадки в 2003 году. Как оказалось, зонд Beagle-2 все-таки сумел мягко сесть, но прекратил работу, так и не выйдя на связь. Теперь же ESA попытается повторить опыт на более высоком уровне: нашпиговав аппарат датчиками, которые будут собирать массу информации во время снижения и посадки. Следующий этап проекта ExoMars, посадку марсохода, берет на себя Роскосмос, поэтому Schiaparelli — это задел на совсем уж далекое будущее. Хотя по некоторым оговоркам ясно, что потом Европа замахнется на новую амбициозную задачу — доставку грунта с Марса. На Schiaparelli будет и климатическая исследовательская станция, но проработает она всего неделю — пока не сядут аккумуляторы. Долговременных источников питания на аппарате не предусмотрено. Одна любопытная деталь аппарата — лазерный уголковый отражатель. Спутник ExoMars TGO не оборудован лазером, поэтому уголковый отражатель Schiaparelli точно так же остается на будущее. Возможно, в него попытаются пострелять даже с Земли. Еще в Schiaparelli интересно место посадки — равнина Меридиана. На ней уже работает марсоход Opportunity и эта посадка будет самым тесным сближением на Марсе двух посадочных аппаратов. Несмотря на «близость», реально их будут разделять сотни километров, поэтому Oppy не сможет поздороваться со Schippy лично, в лучшем случае попытается пронаблюдать посадку, хотя увидеть что-либо с такого расстояния маловероятно.

На Земле жизнь предпочитает выделять метан с легким изотопом С12, т.к. его легче связывать с водородом в результате биохимических процессов. Геологические процессы не так избирательны, и в них С12 и С13 формируют метан примерно в равных пропорциях. Кроме метана, на биологическую активность может указывать аммиак, который точно так же выделяется живыми организмами в результате жизнедеятельности. Пока аммиака на Марсе не находили, но если он хоть немного содержится в атмосфере, то TGO его найдет. Разумеется, ученые знают только земную жизнь и фактически ее признаки ищут на Марсе, но за не имением альтернатив приходится «искать там где светлее». В свое оправдание они говорят, что законы физики и химии на наших планетах работают одинаково, геологическое строение похожее, а когда-то и условия были схожи, поэтому нет оснований полагать, что эволюция вещества из неживого в живое проходила как-то иначе.

К слову сказать, до конца не ясно, как на Земле-то проходил процесс зарождения жизни, и это, кстати, важный аргумент в пользу исследования Марса. Казалось бы, зачем вваливать сотни миллионов долларов, чтобы найти того, кто напустил газу на другой планете? А вот для того — чтобы понять, как мы на нашей-то планете оказались.

Сейчас уже мало кто из ученых всерьез полагает, что мы можем оказаться марсианами-переселенцами, в виде бактерий добравшиеся на метеоритах с Марса на Землю. Скорее обратный вариант — найдя на Марсе местную жизнь, придется доказать, что она действительно местная, а не залетела с Земли. Но все-таки Марс является такой относительно независимой лабораторией, где вдалеке от Земли мог проводиться повторный природный эксперимент по созданию живой материи, способной к осознанию себя, окружающего мира, запуску космических аппаратов и написанию статей.