Европейският апарат TGO на орбита около Марс откри за първи път „нов“ газ, невиждан досега на Червената планета. Солта в прашната повърхност на Марс и носеща се в атмосферата на планетата, е довела до образуването на хлороводород. TGO предоставя и нова информация за това как Марс губи водата си.

Има две основни направления в изследванията на Марс. От една страна, това са атмосферните газове, свързани с биологична или геоложка активност, а от друга, стремежът да се придобие представа за водата в миналото и настоящето на планетата, за да се определи дали Марс някога  е бил обитаем и дали водоемите ще бъдат достъпни за бъдещите астронавти на Червената планета.

Два нови резултата от екипа на ExoMars, публикувани вчера в Science Advances, разкриват изцяло нов клас химични вещества и осигуряват по-добра представа за сезонните промени и взаимодействията между повърхността и атмосферата.

Нов газ

Мисията Trace Gas Orbiter (TGO) събира атмосферни данни на Марс от пролетта на 2018 г. Освен търсенето на метан, откриването на нови газове е една от основните цели на мисията. Най-новите изследвания на Марс за първи път доведоха до откриването на нов газ в атмосферата на Марс: хлороводород. Това е първото откриване на халогенен газ в атмосферата на Марс и представлява нов химичен цикъл, който трябва да се изследва.

Хлороводородният газ или HCl се състои от водороден и хлорен атом. Учените търсят на Марс газове на основата на хлор или сяра, тъй като те са възможни показатели за вулканична активност. Но естеството на наблюденията - фактът, че хлороводородът се наблюдава едновременно на много отдалечени места и липсата на други газове, които биха могли да се очакват от вулканичната активност - сочи към друг източник. Откритието сочи към съвсем ново взаимодействие между повърхността и атмосферата на Марс, предизвикано от марсианските сезони на прашните бури, което не е изследвано преди.

В процес, много подобен на този на Земята, солите под формата на натриев хлорид (NaCl) - отложения от океаните, които са се изпарили и са попаднали на прашната повърхност на Марс - се издигат в атмосферата от ветровете. Слънчевата светлина загрява атмосферата, което кара прахът, заедно с водните пари (H2O), отделени от ледените покривки, да се издигат. Соленият прах реагира с водата в атмосферата, отделяйки хлор, който от своя страна реагира с молекулите на водорода, образувайки хлороводород. Чрез допълнителни реакции богатият на хлор или солна киселина прах може да се върне на повърхността, може би под формата на перхлорати, вид сол, съставена от кислород и хлор.

Водата се оказва решаващ елемент в този химичен процес -  водната пара е нужна, за да отдели хлорът и е нужен страничният продукт на водата - водородът - за да се образува хлороводород. Но прахът също играе много важна роля - при увеличаване на активността на прашните бури се наблюдава повече хлороводород - процес, свързан със сезонното затопляне на Южното полукълбо.

Екипът за първи път наблюдава хлороводорода по време на глобалната прахова буря през 2018 г., където той се появява едновременно както в Северното, така и в Южното полукълбо, и се наблюдава изненадващо бързото му изчезване отново в края на сезона на праховите бури. Сега учените са прегледали данните от следващия прахов сезон и наблюдават отново повишаване на HCl.

Необходими са обширни лабораторни тестове и нови глобални симулации на атмосферата, за да се разбере по-добре взаимодействието повърхност-атмосфера на базата на хлора, заедно с продължителни наблюдения на Марс, за да се потвърди, че покачването и спадането на HCl се дължи на лятото в Южното полукълбо.

Издигащите се водни пари предлагат улики за еволюцията на климата

Trace Gas Orbiter предоставя и още информация за това как Марс е загубил водата си - процес, свързан и със сезонните промени.

Смята се, че някога е имало течна вода на повърхността на Марс, както се вижда от многобройните примери за древни пресъхнали долини и корита на реки. Днес обикновено е заключена в ледените покривки или под марсианската повърхност. Водата под формата на водород и кислород все още изтича от атмосферата на Марс.

Информацията за потенциалните водоносни резервоари и тяхното сезонно и дългосрочно поведение е от съществено значение за разбирането на еволюцията на климата на Марс. Това може да се направи чрез изучаване на водните пари и „полутежката“ вода (където единият водороден атом е заменен с атом деутерий, форма на водород с допълнителен неутрон).

Съотношението деутерий и водород, D/H, ни показва нещо за историята на водата на Марс и как загубата на вода еволюира с течение на времето.

Новите измервания разкриват драматична променливост в D/H с надморската височина и сезона, тъй като водата се издига от първоначалното си местоположение. Данните показват, че след като водата се изпари напълно, тя се насища с повече полутежка вода със съотношение D/H, шест пъти по-голямо от това на Земята, потвърждавайки, че са загубени големи количества вода.

Данните на ExoMars, събрани между април 2018 г. и април 2019 г., също показват три случая на ускорена загуба на вода в атмосферата: глобалната прахова буря през 2018 г., една кратка, но интензивна локална буря през януари 2019 г. и изпускането на вода от южната полярна ледена шапка през летните месеци, съчетани със сезонни промени. Особено внимание заслужават струите издигаща се водна пара през южното лято, които могат да изнесат вода в горните слоеве на атмосферата на сезонна и годишна база.

Бъдещите наблюдения, координирани с други космически кораби, включително MAVEN на НАСА, който се фокусира върху горните слоеве на атмосферата, ще предоставят допълнителна информация за еволюцията на водата през марсианската година.

Смяната на сезоните на Марс, и по-специално относително горещото лято в Южното полукълбо, изглежда е движещата сила на тези нови наблюдения, като увеличената загуба на вода в атмосферата и праховата активност, свързана с находката на хлороводорода, в двете най-нови изследвания. Наблюденията на Trace Gas Orbiter ни позволяват да изследваме атмосферата на Марс, както никога досега.

Справка:

Korablev et al., “Transient HCl in the atmosphere of Mars”, Science Advances, (2021) : https://advances.sciencemag.org/content/7/7/eabe4386
Villanueva et al., “Water heavily fractionated as it ascends on Mars as revealed by ExoMars/NOMAD”, Science Advances, (2021) : https://advances.sciencemag.org/content/7/7/eabc8843
Източник: ExoMars discovers new gas and traces water loss on Mars, ESA