Метан — газ, наличие которого в атмосфере может свидетельствовать о наличии в грунте бактерий. Или, что тоже вероятно, о протекании каких-то геологических процессов без участия жизни. Вопрос «откуда в марсианской атмосфере метан?» сегодня входит в число наиболее важных в исследовании Красной планеты, и ряд научных программ нацелен именно на выяснение природы марсианского метана. Например, спутник Trace Gas Orbiter специально оснащен несколькими высокочувствительными спектрографами для выявления метана и примесей, которые могут прояснить его происхождение.
Однако на тайну происхождения метана накладывается другая загадка: метан периодически появляется и затем исчезает совсем. Недавно марсоход Curiosity обнаружил большой выброс этого газа, а до этого спутниковые наблюдения на протяжении нескольких месяцев в 2018 году фиксировали практически полное отсутствие метана по всей планете. Данные разных наблюдений за разные периоды времени и сделанных в разных местах существенно отличаются, и эту разницу нельзя списать на ошибки измерений: выброс 2013 года, например, подтвердили с двух разных аппаратов, марсохода и спутника. Ответ на вопрос о том, куда пропадает метан, может помочь понять то, откуда он берется, а это позволит приблизиться и к вопросу о существовании марсианской жизни.
Читайте также: Истина где-то внизу. На Марсе нашли органику и подтвердили сезонные колебания метана в атмосфере. Теперь в поисках марсианской жизни придется копать глубже
В новой статье для журнала Icarus датские геофизики предложили гипотезу, согласно которой к исчезновению метана причастны ветер и песок. Ученые воспроизвели в лаборатории процесс сальтации, скачкообразного перемещения частиц сыпучего тела в потоке набегающего газа, и установили, что песок, состоящий из разных горных пород, начинает слабо светиться в темноте. Это явление схоже с триболюминисценцией, с той только разницей, что свет испускают не сами песчинки, а газ вокруг них; источником же энергии служит все то же взаимодействие твердых частиц друг с другом.
Спектральный анализ показал, что светится аргон — газ, которым ученые заполнили экспериментальный аппарат во время опыта. Свечение газа, в свою очередь, возможно только тогда, когда часть его молекул или атомов (аргон имеет одноатомные молекулы) ионизируется — превращается в комбинацию из положительного иона и отрицательно заряженного электрона. Электроны, сталкиваясь с еще нейтральными атомами, передают им часть своей энергии, а далее атомы испускают эту энергию в виде света.
Свечение аргона указывало на то, что энергия, получаемая от перескакивающих с места на место и трущихся друг об друга песчинок, оказалась достаточной для ионизации атомов аргона. А так как энергия ионизации метана меньше энергии ионизации аргона, ученые предположили, что в ходе такого же процесса метан тем более окажется ионизирован, превращен из молекулы CH4 в комбинацию отрицательно заряженных ионов (CH3- , CH22- и даже CH3-) и положительно заряженных атомов водорода, H+. Заряженные ионы гораздо активнее по сравнению с нейтральной молекулой метана, поэтому легко вступают в различные реакции и поглощаются окружающими горными породами.
Если гипотеза исследователей верна, то марсианский метан должен исчезать тогда, когда на планете поднимается ветер. Так ли это на самом деле, смогут показать дальнейшие наблюдения за колебаниями концентрации метана на фоне марсианской погоды. Ветер на Красной планете действительно может быть достаточно сильным для того, чтобы не только переносить песчинки с места на место, но и провоцировать масштабные песчаные бури.
Алексей Тимошенко