Главная | О сайте | Задачи | Проекты | Результаты | Диверсификация | Новости | Вопросы | История | Информация | Ссылки
Секция Совета РАН по космосу
Хлороводород HCl, или соляная кислота, был обнаружен в атмосфере Марса совсем недавно — в 2020 г. с помощью российского спектрометрического комплекса ACS на борту космического аппарата TGO миссии «ЭкзоМарс-2016».
Это открытие дважды удивило планетных исследователей. Прежде всего, молекул хлороводорода оказалось достаточно много — до 5 частиц на миллиард в единице объема (parts per billion in volume, ppbv). Для углекислой и очень разреженной атмосферы Марса это значительное число. Но это содержание не постоянно — концентрация HCl очень резко и быстро меняется. Буквально через несколько дней ACS уже не регистрировал это вещество, а значит, что его концентрация не превышала 0,1 ppbv.
Такие резкие скачки плохо соотносятся с простыми представлениями о химии марсианской атмосферы, согласно которым молекулы HCl должны сохраняться в ней порядка нескольких месяцев.
Поэтому перед исследователями встал вопрос: что может эффективно разрушать хлороводород. В качестве возможного механизма был предложен обыкновенный водяной лед. Известно, что на Земле именно кристаллики водяного льда хорошо поглощают молекулы хлороводорода в стратосфере.
Если это так, то содержание водяного льда (но не водяного пара) должно соответствовать содержанию хлороводорода с обратным знаком: чем больше одного, тем меньше другого.
Чтобы проверить это предположение, Михаил Лугинин, Александр Трохимовский и их коллеги — сотрудники отдела физики планет ИКИ РАН и других научных организаций — использовали данные, полученные двумя спектрометрами комплекса ACS за два с половиной марсианских года, со второй половины 34 до конца 36. По земному счету — с конца мая 2018 по конец июля 2022 гг.
Содержание хлороводорода на протяжении этих лет менялось по примерно одинаковому сценарию. Во время наибольшего приближения планеты к Солнцу, когда в Южном полушарии Марса наступали весна и лето, его концентрация в атмосфере в этой части планеты росла до примерно 5,5 ppbv. В процессе общей циркуляции воздушные массы, обогащенные хлороводородом, перемещались в более холодное «зимнее» Северное полушарие, где его концентрация падала в несколько раз. Минимальные значения она принимала как раз на небольших высотах, что вполне соответствует предположению о том, что по мере образования частиц водяного льда они поглощали молекулы хлороводорода.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи одновременно измерили содержание хлородоводорода и водяного льда в атмосфере на разных высотах (ACS может выполнять такие тонкие наблюдения благодаря режиму т.н. солнечных затмений).
Им удалось обнаружить искомую структуру — в ряде случаев четко просматривалась антикорреляция между содержанием молекул HCl и частицами водяного льда. Иными словами, в атмосфере Марса можно наблюдать слои, где много частиц водяного льда (фактически, облаков из водяного льда), и в этих слоях очень мало или вообще нет молекул хлороводорода. В то же время в слоях, где концентрация хлороводорода максимальна, также максимума достигает и концентрация водяного пара.
Этому есть простое объяснение: на высотах, где из водяного пара образуется лед, происходит поглощение молекул хлороводорода, и наблюдаются минимумы содержания газов H2O и HCl. На тех же высотах, где льда нет, наблюдаются их максимумы.
В статье, опубликованной по результатам работы в журнале Icarus, такие «слоистые» структуры «лед — хлороводород — лед» были названы «ледяными дырками» (ice holes), по аналогии с озоновыми дырами.
Михаил Лугинин и его соавторы также оценили, насколько сильно наличие частиц водяного льда сокращает «время жизни» молекулы хлороводорода. Напомним, что ранее предполагалось, что молекула HCl может находиться в атмосфере несколько месяцев. Новые оценки показали, что это время сокращается до нескольких часов. Это, конечно, существенно меняет представления о химических процессах на Марсе. Однако, как подчеркивают исследователи, это только предварительный результат, так как необходимо посмотреть на картину в целом, и учесть не только сам процесс поглощения молекул хлороводорода, но и продукты этой реакции. Кроме того, возможны и другие механизмы, разрушающие HCl, кроме формирования водяного льда.
Есть и другой важный вопрос — откуда берётся хлороводород в атмосфере Марса. Поскольку он, видимо, «живет» не очень долго, то должен существовать некоторый более или менее постоянный источник этого вещества.
Дать ответы на все эти вопросы могут только дальнейшие исследования — и непосредственные наблюдения, и численное моделирование и лабораторные эксперименты, воспроизводящие некоторые условия Марса на Земле.
Статья Luginin, M., Trokhimovskiy, A., Taysum, B., Fedorova, A. A., Korablev, O., Olsen, K. S., Montmessin, F., & Lefèvre, F. «Evidence of rapid hydrogen chloride uptake on water ice in the atmosphere of Mars». опубликована в журнале Icarus, 411, 115960. Она включена в цикл статей Михаила Лугинина, Анны Федоровой, Александра Трохимовского, Дениса Беляева, Олега Кораблева и Николая Игнатьева «Исследование атмосферных аэрозолей Марса и Венеры на основе данных солнечного просвечивания приборов СПИКАМ, СПИКАВ и комплекса АЦС», который стал победителем в конкурсе научных работ ИКИ РАН 2023/2024 г. в номинации «Лучшая научная работа Института».
Источник: пресс-центр ИКИ РАН
(от астро. и от греч. logos - учение) Астрология – учение, в основу которого положено представление о влиянии на судьбу отдельных людей, народов и всего человечества расположения Солнца, Луны... [далее]
Сайт разработан и поддерживается лабораторией 801 Института космических исследований Российской академии наук.
Подбор материалов - Н.Санько
Полное или частичное использование размещённых на сайте материалов
возможно только с обязательной ссылкой на сайт Секция Солнечная система Совета РАН по космосу.