Данные ExoMars TGO объясняют необычный баланс углерода на Марсе

Атмосфера Марса содержит как легкий углерод (углерод-12, на который приходится большая часть углерода в Солнечной системе), так и тяжелый углерод (изотоп углерод-13: атом углерода-12 с дополнительным нейтроном). Теперь последние наблюдения с орбитального аппарата ЕКА ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) показывают, как легкий угарный газ образуется в марсианской атмосфере, где двуокись углерода разрушается под воздействием солнечного света.

Шохей Аоки из Токийского университета и Королевского бельгийского института космической аэрономии вместе со своими коллегами проанализировали данные, собранные на восьми орбитах TGO в марте-апреле 2022 года европейским прибором NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery). NOMAD наблюдал за прохождением солнечных лучей через атмосферу Марса, выявляя количество, состав и содержание углерода в присутствующих газах.

Наблюдения показали, что в результате постоянного процесса в атмосфере Марса образуется монооксид углерода, содержащий меньше тяжелого углерода, чем ожидалось. Это открытие соответствует идее о том, что сочетание солнечного света и сложных химических процессов привело к образованию соединений на основе углерода (органических веществ), которые мы видим на марсианской поверхности сегодня.

Возможное образование органического вещества на Марсе

Согласно процессу, изученному исследователями, углекислый газ (CO2) в атмосфере Марса расщепляется под воздействием солнечного света, образуя кислород и угарный газ (CO). Легкий CO2 (содержащий легкий углерод) легче расщепляется солнечным светом, чем "тяжелый" CO2, что приводит к большему накоплению легкого CO в марсианской атмосфере.

Инфографика, показывающая образование монооксида углерода в марсианской атмосфере, на основе новых наблюдений ExoMars TGO.

Измерение относительных количеств углерода-12 и углерода-13 может многое рассказать о прошлом и настоящем окружающей среды, поскольку многие краткосрочные и долгосрочные процессы влияют на это соотношение. Например, на Земле при фотосинтезе используется больше легкого углерода, чем тяжелого, поэтому растения и животные часто обогащены углеродом-12.

Новые измерения помогают прояснить открытие, сделанное марсоходом NASA Curiosity в прошлом году. Многие из 3,5-миллиарднолетних отложений, отобранных Curiosity в месте его посадки в кратере Гейл, содержали удивительно низкое количество тяжелого углерода и, следовательно, изобилие легкого углерода.

Химическая причина изобилия легкого углерода

За прошедшие годы исследователи предложили ряд возможных причин, начиная от облаков межзвездной пыли, периодически обрушивающихся на Марс, и заканчивая древними микробами, "извергающими" метан. На Земле сильное истощение углерода часто сигнализирует о наличии жизни, поскольку различные биологические процессы преимущественно используют и генерируют более легкие изотопы углерода.

Однако новые открытия, сделанные с помощью TGO, указывают на другое направление. Они предполагают, что причина необычного баланса углерода, как в атмосферном CO, так и в кратере Гейла, может быть химической, а не биологической.

Изображение марсианского кратера Гейл, полученное с помощью стереокамеры высокого разрешения (HRSC) аппарата Mars Express. Цветовой код получен на основе модели рельефа, созданной по данным HRSC.

Исследователи смоделировали, как этот процесс повлияет на угарный газ Марса, и их результаты соответствуют тому, что на самом деле увидел на Марсе аппарат NOMAD. Эти расчеты представлены в сопутствующей статье (здесь) к официальному исследованию (здесь).

Полученные результаты также согласуются с идеей о том, что атмосфера Марса когда-то была богата угарным газом. И что этот газ был ответственен за формирование видимой органической материи на поверхности планеты.

источник: