Среди проб с Марса, собранных Perseverance для доставки на Землю, будет марсианский воздух

Учёные с особым трепетом наблюдают за тем, как марсоход Perseverance герметизирует образцы пород в титановые пробирки. Эти образцы, предназначенные для возможной отправки на Землю в рамках миссии по возвращению образцов с Марса, уже насчитывают двадцать четыре экземпляра.

Большая часть этих образцов представлена каменными кернами или реголитом (измельчёнными породами и пылью), которые могут предоставить ценную информацию об истории Марса и вероятности существовании жизни миллиарды лет назад. Однако ряд учёных не менее заинтересованы в изучении газа в пустотах вокруг каменного материала, заключённого в пробирки.

Учёных привлекает возможность глубже понять марсианскую атмосферу, состоящую преимущественно из углекислого газа, но потенциально содержащую следы иных газов, присутствующих со времён формирования планеты.

«Образцы марсианского воздуха не только расскажут нам о современном климате и атмосфере, но и позволят проследить их изменения во времени. Это поможет расшифровать механизмы развития климата, отличающегося от земного», — заявила Бренди Кэрриер, планетолог из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA в Южной Калифорнии.

Среди образцов, планируемых к отправке на Землю, имеется одна пробирка, заполненная исключительно газом c поверхности Марса в качестве резервного экземпляра. Тем не менее, значительная доля газа, собранного марсоходом, сосредоточена в свободном пространстве внутри пробирок с породами. Эти образцы уникальны тем, что газ будет взаимодействовать с каменным материалом в течение всего времени до того, как образцы будут открыты и исследованы в земных лабораториях. Результаты этого взаимодействия предоставят данные о количестве водяного пара, присутствующего в атмосфере около поверхности Марса, что является одним из факторов, определяющих распределение ледников и эволюцию водного цикла на планете.

Учёные также стремятся расширить знания о следовых газах в марсианской атмосфере. Особую научную ценность представляет обнаружение благородных газов (таких как неон, аргон и ксенон), которые чрезвычайно инертны и могли сохраняться в атмосфере в неизменном состоянии со времён образования планеты миллиарды лет назад. Анализ этих газов, если их удастся обнаружить, может пролить свет на изначальное наличие атмосферы на Марсе (ранее Марс обладал существенно более плотной атмосферой, чем сегодня, однако учёные не пришли к единому мнению, существовала ли она изначально или возникла позже). Кроме того, остаётся ряд вопросов о связи между древней атмосферой планеты и атмосферой ранней Земли.

Свободное пространство также предоставит возможность оценить размер и токсичность частиц пыли, что представляет важную информацию для будущих астронавтов на Марсе.

«Образцы газа могут принести массу новых данных для учёных. Даже исследователи, специализирующиеся на других планетах, проявят интерес к результатам, поскольку они помогут расшифровать механизмы формирования и развития планет», — поделился Джастин Саймон, геохимик из Космического центра имени Джонсона NASA в Хьюстоне, входящий в группу из более чем дюжины международных экспертов, определяющих, какие образцы следует собрать марсоходу.

В 2021 году группа планетарных исследователей изучила газовые образцы, собранные астронавтами миссии «Аполлон-17» и доставленные с Луны в стальном контейнере около 50 лет назад.

«Многие считают, что на Луне нет атмосферы, но на самом деле она очень разреженная и со временем взаимодействует с валунами на лунной поверхности. В том числе благородный газ, испускаемый лунными недрами и скапливающийся у поверхности», — отметил Саймон.

Метод извлечения газа, использованный командой Саймона, аналогичен тому, который планируется применить к образам воздуха, добытым марсоходом Сначала ранее не вскрывавшийся контейнер помещается в герметичный корпус. Затем сталь прокалывается иглой для извлечения газа в охлаждающую ловушку — по сути, U-образную трубку, погруженную в жидкость, например, в азот, с низкой температурой замерзания. Изменяя температуру жидкости, учёные захватывают часть газов с более низкой температурой замерзания на дне ловушки.

«В мире есть около 25 лабораторий, занимающихся таким манипулированием газом», — сказал Саймон. По его словам, этот подход используется не только для изучения планет, но и может быть применён к газам из горячих источников и газам, выделяемым действующими вулканами.

Безусловно, указанные источники содержат значительно больше газа, чем имеется в пробирках для марсианских образцов. Но если в одной пробирке недостаточно газа для одного эксперимента, то учёные могут объединить газ из нескольких пробирок, получив более крупный совокупный образец — ещё одна причина, по которой свободное пространство обеспечивает дополнительные возможности для научных исследований.