Іноді біля самої марсіанської поверхні ровер Curiosity реєструє стрибки концентрації метану — газу, який Землі зазвичай виробляють живі організми. При цьому із супутників у атмосфері загалом його знайти не вдається. Цей парадокс породив серед вчених багаторічні суперечки про те, чи є метан на Марсі і якщо так, то як йому вдається поводитися так парадоксально. Пояснити це спробувала команда планетологів із NASA.
На Землі єдиним біологічним джерелом метану є метаногенні археї, які утворюють цей газ у безкисневих умовах як побічний продукт метаболізму. Метан утворюється й іншим шляхом, за умов високих температур і тисків — скажімо, при виверженні вулканів.
Коли вчені вперше виявили метан на Марсі в 1999 році за допомогою наземного телескопа Canada-France-Hawaii Telescope, вони зайшли в глухий кут. З одного боку, на Червоній планеті не знайшли переконливих доказів існування життя чи його наявності у минулому. З іншого боку, на Марсі не виявили ознак вулканічної активності: вулкани перестали вивергатися там давно. Тобто ніхто не очікував виявити цей газ на Червоній планеті. Проте його знайшли, і поки що ніхто не знає, як він там опинився.
Ще більше плутанини з метаном на Марсі вніс ровер Curiosity. Дослідницькі прилади, встановлені на борту «марсіанської наукової лабораторії на колесах», постійно реєструють сліди цього газу поблизу поверхні кратера Гейла — єдиного місця на Марсі, де досі було виявлено метан.
Вчені припускали, що джерело цього газу є геологічними механізмами, які залучають воду та гірські породи глибоко під марсіанською поверхнею. У такому разі викиди мають бути постійними. Але Curiosity спростував це припущення. Марсохід показав, що метан поводиться несподівано: з’являється вночі і зникає вдень. Крім того, концентрація метану над кратером Гейла змінюється залежно від пори року, а іноді досягає рівня, що в 40 разів перевищує звичайний.
Ще одна дивина: метан не накопичується в атмосфері. Орбітальний апарат Європейського космічного агентства ExoMars Trace Gas Orbiter, відправлений на Червону планету у 2016 році спеціально для вивчення газу в атмосфері, не виявив його слідів.
Чому одні наукові прилади реєструють метан на Червоній планеті, тобто на невеликій висоті від поверхні, інші — ні? Чому цей газ веде себе дивним чином і його фіксують лише в одному місці над кратером Гейла, але не в атмосфері?
2021 року на перше запитання спробувала відповісти команда Curiosity. Тоді вчені припустили, що ровер зміг знайти метан, а орбітальний зонд — ні, через відмінності у методиці виявлення цього газу. Причина може бути в наукових інструментах, точніше, у їхньому різному пристрої. Також це може бути пов’язане з тим, що марсохід шукає метан на Марсі вночі, а орбітальний зонд – удень.
З другим питанням спробували розібратися планетологи із NASA під керівництвом Олександра Павлова. Свої висновки дослідники представили у статті, опублікованій у журналі Geophysical Research: Planets.
Вчені припустили, що метан — незалежно від того, як він з’являється — може накопичуватися під твердою кіркою солі, яка своєю чергою утворюється в марсіанському ґрунті на невеликій глибині. Сіль переноситься водою ближче до поверхні, а після замерзання води біля холодної поверхні утворює кірку. Коли влітку температура підвищується, кірка тріскається і метан просочується назовні. Крім того, газ може вириватися з марсіанських надр, коли на цю кірку чиниться тиск і вона розламується: наприклад, тиск може створювати важкий марсохід. Останнє припущення пояснює, чому метан зафіксували лише у кратері Гейла.
На такі думки вчених наштовхнули результати експериментів, які раніше проводили в камері з імітацією марсіанських умов. Планетологи досліджували п’ять зразків ґрунту, просочених перхлоратом різної концентрації. Перхлорат — сіль, яка повсюдно зустрічається в марсіанському ґрунті. Кожен зразок зазнав впливу різних температур і тиску камери.
Періодично команда Павлова вводила до зразків неон, аналог метану, і вимірювала тиск газу під і над ними. Вищий тиск під зразками означало, що газ «захоплений» ґрунтом. Потім, протягом від трьох до 13 днів, у ґрунті з’являлася солона кірка, під якою починав накопичуватися газ, але тільки у зразках із концентрацією перхлорату від п’яти до 10 відсотків.
Така концентрація перхлорату набагато вища, ніж зафіксована Curiosity у реальному марсіанському ґрунті у кратері Гейл. Але ґрунт там багатий на інший тип солі — сульфати, які команда Павлова хоче взяти для нового експерименту, щоб з’ясувати, чи можуть сульфати утворювати кірку з метаном.
Підсумуємо. Експеримент у камері з імітацією марсіанських умов показав, що перхлорати переносяться ближче до поверхні за допомогою води, а потім тверднуть, утворюючи тверду кірку. Метан та інші леткі речовини можуть накопичуватися під нею, але під тиском (наприклад, в результаті буріння або руху марсохода) ця кірка тріскається, і з надр виривається газ.
Зазначимо, що припущення групи Павлова закриває лише частину питань. Річ у тому, що вночі марсохід завжди нерухомий, тому що це телекерована машина, а не автономний робот. Відповідно, він не може своїми колесами порушити цілісність кірки. До того ж вночі температура на Марсі падає на десятки градусів. У логіці припущень Павлова це має знижувати можливість просочування метану на поверхню планети. Однак він поводиться суворо навпаки: просочується на поверхню вночі, а вдень чомусь зникає, незважаючи на різке та швидке зростання температур.
У зв’язку з цим важко виключати альтернативне пояснення — швидкі варіації в рівні метану. Відомо, що на поверхні Марса у теплі сезони стає більше кисню (синхронно з появою метану). Іншими словами, підвищення температури може запускати якісь механізми, здатні одночасно вивільняти метан і кисень. Це досить нетривіально, тому що в земних умовах напрацювання кисню зазвичай відбувається в місцях де метан в дефіциті.
Однак у 2010 році вчені виявили, що частина споживаючих метан мікроорганізмів у земних умовах виробляє власний кисень. Якщо на Марсі та ж ситуація, то поява біогенного метану на поверхні (при «розморожуванні» приповерхневої кірки) може активно йти вночі, а вдень метаноспоживаючі мікроби просто розкладають цей метан, утворюючи кисень.