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.
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 TGOИзмерение 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.
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.
. 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.