Вторник, 20.04.2021
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< На КА Lucy установлен последний научный прибор из трех
13.02.2021 23:06 Давность: 65 days
Категория: Система Марса, В России
Количество просмотров: 736

Соленые ветры Марса



Впервые в атмосфере Марса прямыми измерениями обнаружен хлорводород. Открытие сделал российский спектрометр ACS на борту космического аппарата TGO российско-европейского проекта «ЭкзоМарс». Хлорводород появился в атмосфере во время глобальной пылевой бури и постепенно исчез после её окончания.


Это открытие заставляет пересмотреть модели химических реакций, связанных со взаимодействием поверхности и атмосферы Марса. Статья с результатами работы опубликована в журнале Science Advances 10 февраля 2021 г. В том же номере журнала опубликована статья по данным бельгийского спектрометрического комплекса NOMAD, также на борту TGO, который исследовал водяной пар в марсианской атмосфере. Обе работы подтверждают, что на Марсе по-прежнему есть много интересных задач для физиков и химиков.

Хлорводород, HCl, был известен в атмосферах, как минимум, на двух планетах Солнечной системы: Земле и Венере. На Земле он попадает в воздух из моря, когда частицы морских солей превращаются в аэрозоль. После взаимодействия с водой высвобождается хлор, который затем реагирует с водородсодержащими соединениями и образует хлорводород. Далее с хлорводородом хорошо реагируют озон и гидроксильные радикалы, поэтому от его количества частично зависит окислительная способность нашей атмосферы, а также — процессы сезонного «утончения» озонового слоя на полюсах.

На Венере хлорводород — основной «поставщик» хлора в атмосферу, где он распадается под действием солнечного света и становится одним из главных факторов, обеспечивающих стабильность углекислотной атмосферы.

Предполагалось, что хлорводород существует и на Марсе, но экспериментально его обнаружить не удавалось. С учетом возможностей имевшихся инструментов был сделан вывод, что молекул HCl в марсианской атмосфере очень мало — 0,2–0,3 частица на миллиард в единице объема (parts per billion volume, ppbv).

Столь малые концентрации называют «следовыми» (по-английски «trace»). Чтобы обнаружить такие малые составляющие атмосферы, в ИКИ РАН был создан спектрометрический комплекс ACS (Atmospheric Chemistry Suite) для российско-европейского проекта «ЭкзоМарс». ACS включает три инфракрасных спектрометра, обладающих очень высокими чувствительностью и спектральным разрешением.

TGO — марсианский зонд, часть проекта «ЭкзоМарс». Его название — аббревиатура от Trace Gas Orbiter, «орбитальный аппарат для изучения малых газовых составляющих». Как следует из имени, одна из основных задач TGO — поиск газов, которые могли бы свидетельствовать о вулканической и, возможно, биологической активности на Марсе. Их концентрация должна быть очень мала, именно поэтому от приборов на борту требуется рекордная чувствительность. Второй, кроме ACS, прибор на борту TGO, нацеленный на решение той же задачи, — бельгийский спектрометрический комплекс NOMAD.

С момента начала работы в 2018 г. ACS наблюдал многие известные газы марсианской атмосферы, а также их неизвестные «разновидности» — изотопологи. Возможно, кто-то уже потерял надежду обнаружить на Марсе что-то новое, но постоянные наблюдения принесли долгожданный результат — в марсианской атмосфере впервые обнаружен хлорводород. При этом благодаря методу работы «на просвет» атмосферы, ACS смог не только детектировать сам факт наличия HCl, но и определить его концентрацию в зависимости от высоты.

Линии поглощения хлорводорода в атмосфере Марса. Пример спектра, полученного спектрометрическом комплексом ACS на борту КА TGO (миссия «ЭкзоМарс-2016», Роскосмос/ЕКА). Наблюдения проводились в режимы солнечных затмений, при котором прибор регистрирует свет Солнца, проходящего через атмосферу Марса. Положение линий поглощения хлорводорода показано пунктиром; на разных спектрах показаны наблюдения, проведенные на разной высоте от поверхности.

Измерения проводились с апреля 2018 по март 2020 г. (за это время прошло немногим больше одного марсианского года). Хлорводород в атмосфере Марса был впервые зарегистрирован после осеннего равноденствия в северном полушарии, когда начиналась глобальная пылевая буря, за которой последовала вторая, меньших масштабов. Всё это время в атмосфере Марса было сравнительно много пыли, которая поднималась до 30–50 км над поверхностью. Пыль хорошо нагревается, поэтому нагревает и атмосферу, заставляя её расширяться и усиливая циркуляцию. При этом, однако, становится трудно наблюдать, хотя в полярных широтах атмосфера остается сравнительно чистой.

«Мы начали регистрировать хлорводород в северном и южном полушариях только после начала глобальной пылевой бури, — говорит член-корреспондент РАН Олег Кораблёв, первый автор статьи, научный руководитель эксперимента АЦС и заместитель директора ИКИ РАН. — Скорее всего, он уже был в атмосфере, и его постепенно «разносила» атмосферная циркуляция. Позже, во время спада глобальной бури, мы также наблюдали HCl, в том числе в средних широтах».

После окончания второй, локальной пылевой бури ACS постепенно переставал детектировать хлорводород, так что к концу периода, о котором говорится в статье, его удавалось обнаружить лишь в единичных случаях. Таким образом, период, когда хлорводород удавалось найти, соответствует прохождению перигелия — ближайшей к Солнцу точки орбиты и «пылевому» сезону на Марсе

Концентрация хлорводорода колебалась от 1 до 4 ppbv, максимально высокой она была на высотах 20–30 км в южном полушарии. Наблюдения российского прибора подтвердил бельгийский NOMAD.

Хлорводород на Марс в течение марсианского года по данным спектрометрического комплекса ACS на борту КА TGO (миссия «ЭкзоМарс-2016», Роскосмос/ЕКА). По горизонтали указано положение Марса на орбите (солнечная долгота), которое соответствует сезону; по вертикали — широта. Кружками обозначены результаты ACS, ромбами — NOMAD. Цвет кружков и ромбов соответствует количество HCl в атмосфере (шкала справа, ppbv). Градациями коричневого цвета показана интенсивность глобальной пылевой бури.

Тот факт, что хлорводород не всегда присутствует в атмосфере, заставляет пересмотреть представления о химических процессах на Марсе. Исследователям предстоит ответить на два вопроса: откуда берется хлорводород и куда он уходит.

«Это первый случай регистрации галогенового газа в атмосфере Марса, и он — свидетель совершенно нового химического цикла, который нам предстоит понять», — поясняет Кевин Олсен (Kevin Olsen), профессор университета Оксфорда (Великобритания), один из ведущих авторов статьи.

Две основные гипотезы о том, что служит источником хлорводорода — частицы пыли, поднятой с поверхности, или активный вулканизм. Известно, что малое количество хлорводорода высвобождается во время извержений на Земле. Но в таком случае «всплески» концентрации этого вещества должны были бы соответствовать сейсмическим событиям на Марсе, однако пока не обнаружено корреляции с данными посадочного аппарата InSight (NASA), который наблюдает сейсмическую активность Марса. Кроме этого, хорошее совпадение по времени с началом и окончанием пылевых бурь заставляет предположить, что источник хлора всё-таки «лежит на поверхности».

Сам механизм «превращения» хлора из составной части марсианских минералов в газообразный хлорводород пока непонятен. Так же, как и ответ на вопрос, куда исчезает хлорводород после пылевой бури.

«Тот факт, что хлор был зарегистрирован во время пылевой бури, — уточняет Олег Кораблев, — дает возможность предположить существование взаимодействия между поверхностью и атмосферой, который не учитывался ранее. Аналоги ему можно найти на Земле, некоторые косвенные подтверждения были найдены в лабораторных экспериментах».

Возможный цикл превращений хлора на Марсе.

Наблюдения продолжаются, и исследователи надеются, что они принесут данные для разгадки. Появление и исчезновение хлорводорода, который хорошо реагирует с молекулами воды и гидроксилом, скорее всего, повлияет и на другие процессы в марсианской атмосфере. Возможно, эффект проявится на высотах больше 30 км, где большая часть хлорводорода может распасться на составные части, и атомарный хлор начнёт эффективно взаимодействовать с озоном (нечто похожее процесс происходит и на Земле). С другой стороны, надо постараться проникнуть на малые высоты: возможно, именно там хлорводород исчезает в ходе каких-то химических реакций.

«Открытие хлорводорода, малой составляющей в атмосфере Марса, — веха в миссии TGO, — говорит Хокен Сведхем (Hakan Svedhem), научный руководитель ExoMars Trace Gas Orbiter в ЕКА. — Это первый новый вид газа после того, как в начале 2000-х появились свидетельства о существовании метана на Марсе. То открытие пробудило интерес к поиску других органических молекул, и, в конце концов, привело к появлению миссии TGO, для которой поиск новых газов — основная цель».

Источник: новости проекта «ЭкзоМарс»


Комментарии

Комментарии

Забыли пароль?

Введите свое имя пользователя или адрес электронной почты. Инструкция по сбросу пароля будет немедленно отправлена по введенному адресу.
Сбросить пароль

Вернуться к форме входа в систему 

Апоцентр

(от греч. apo - без или вдали и ..центр) Самая отдаленная от центрального тела точка эллиптической орбиты вокруг него. Апоцентр - наиболее общее ее название... [далее]

Rambler's Top100