Учёные-планетологи оживляются при упоминании метана. Он вырабатывается живыми существами на Земле, поэтому его считают потенциальной биосигнатурой в других местах. В последние годы MSL Curiosity обнаружил метан на поверхности кратера Гейла на Марсе. До сих пор никто не смог успешно объяснить, откуда он берётся.

Теперь у учёных НАСА есть несколько новых идей.

С тех пор как Curiosity приземлился на Марс в 2012 году, он периодически обнаруживает метан. Но у этого метана есть несколько странных характеристик. Он выделяется только ночью, колеблется в зависимости от времени года, а иногда количество метана подскакивает до 40 раз по сравнению с обычным уровнем.

Орбитальный аппарат ЕКА ExoMars Trace Gas Orbiter вышел на научную орбиту вокруг Марса в 2018 году, и учёные вполне ожидали, что он обнаружит метан в атмосфере планеты. Но этого не произошло, и в других местах на поверхности Марса его так и не нашли.

Если жизнь и производила на Марсе метан, то, судя по всему, только в недрах кратера Гейла.

Убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Возможно, в прошлом она существовала, и не исключено, что какая-то сохранившаяся жизнь влачит жалкое существование в подповерхностных водах или где-то ещё. Но у нас нет доказательств её существования, поэтому жизнь как источник метана маловероятна. Тем более что, судя по имеющимся данным, жизнь должна была бы находиться под кратером Гейла и нигде больше.

Учёные пытаются определить источник метана, но пока не пришли к определённому ответу. Скорее всего, это связано с подповерхностными геологическими процессами, в которых участвует вода.

«Это история с множеством поворотов сюжета», — говорит Ашвин Васавада, научный сотрудник проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая руководит миссией Curiosity. Александр Павлов — планетолог из Центра космических полётов НАСА имени Годдарда, возглавляющий группу учёных НАСА, изучающих марсианскую метановую тайну.

В недавнем исследовании они вдвоём предположили, что метан хранится под землёй. Они не объяснили, что его производит, но показали, что метан может быть запечатан под землёй солью, затвердевшей в марсианском реголите.

Они предположили, что метан может высвободиться из своего подповерхностного резервуара под действием веса самого ровера «Кьюриосити». Вес ровера может разрушить солевое уплотнение и выпустить метан в виде струек. Это интересное предположение, но оно не объясняет сезонные и суточные колебания. Это имеет смысл, поскольку кратер Гейла — один из двух регионов, где работает ровер. Другой — кратер Джезеро, где работает ровер «Персеверанс», но у него нет детектора метана. (Так же как и у ровера ЕКА «Розалинд Франклин», который должен высадиться на Марс в 2029 году).

Исследовательская группа рассмотрела эти колебания, предположив, что сезонный и ежедневный нагрев также может нарушить герметичность и высвободить метан.

Их возможные объяснения вытекают из исследований, проведённых Павловым в 2017 году. Он выращивал бактерии, называемые галофилами, которые растут в солёных условиях, в смоделированной марсианской вечной мерзлоте. В смоделированную почву была добавлена соль, что повторяет условия на большей части Марса. Рост микробов был неубедительным, но исследователи заметили кое-что ещё. Когда солёный лёд сублимировался, оставался слой затвердевшей соли, образующий корку.

«В тот момент мы не придали этому значения», — говорит Павлов. Но он вспомнил об этом, когда в 2019 году MSL Curiosity обнаружил необъяснимый всплеск метана на Марсе.

«Тогда-то у меня в голове и щёлкнуло», — говорит Павлов. Тогда он и команда исследователей начали тестировать условия, которые могли бы сформировать затвердевшие солевые уплотнения, а затем вскрыть их.

Перхлорат — это химическая соль, которая широко распространена на Марсе. Павлов и его коллеги воссоздали различные симуляторы марсианской вечной мерзлоты с разным количеством перхлората. В камере, имитирующей Марс, они подвергали образцы воздействию различных температур и атмосферного давления, чтобы проверить, будут ли они образовывать уплотнения.

В своих экспериментах они использовали неон в качестве аналога метана и закачивали его под почву. Затем они измерили давление газа под и над почвой. Они обнаружили, что под почвой давление выше, а это значит, что газ задерживается солёной вечной мерзлотой. Более того, они обнаружили, что уплотнения образуются в образцах, содержащих всего 5 или 10 % перхлората, и формируются в течение 3-13 дней. Это убедительные результаты.

Хотя 5-10 % перхлората кажется не таким уж большим количеством, на самом деле это более высокая концентрация, чем в кратере Гейла, где был обнаружен метан. Но перхлорат — не единственная соль в марсианском реголите. В нем также содержатся сульфаты, другой тип солевых минералов. Павлов говорит, что в следующий раз он и его команда проверят сульфаты на способность образовывать уплотнения.

Марсианская загадка метана привлекает к себе много внимания. Это сочная загадка, и когда она будет решена, наше понимание метана как биосигнатуры или ложного срабатывания значительно улучшится. Старший обзор планетарных миссий НАСА 2022 года рекомендовал продолжить изучение вопроса производства и разрушения метана на Марсе.

Работа, которой занимаются Павлов и его коллеги, очень важна, но она идёт не так быстро, как хотелось бы. Павлов говорит, что им нужны более последовательные измерения метана. Проблема в том, что прибор SAM (Sample Analysis at Mars), который определяет содержание метана, занят другими задачами. Он проверяет наличие метана всего несколько раз в год. В основном он занят бурением образцов и их тестированием — важной и трудоёмкой частью миссии марсохода.

«Эксперименты с метаном требуют значительных ресурсов, поэтому мы должны быть очень стратегическими, когда решаем их проводить», — сказал Чарльз Малеспин из Годдарда, главный исследователь SAM.

Миссия «Кьюриосити» не была рассчитана на измерение флуктуаций метана. В 2017 году НАСА сообщило, что его прибор SAM взял пробы атмосферы всего 10 раз за 20 месяцев. Это очень непоследовательная выборка, которая оставляет много вопросов без ответа.

Учёные считают, что для углубления понимания марсианского метана необходима ещё одна миссия. Вместо одного датчика, снимающего нерегулярные показания метана в одном месте, нам нужно несколько испытательных станций на поверхности, которые регулярно следят за состоянием атмосферы. Ничего подобного пока нет.

«Часть работы с метаном придётся оставить будущим космическим аппаратам, которые будут больше нацелены на поиски ответов на эти конкретные вопросы», — говорит Васавада.