На Марсе нашлось стадо коров

Когда в 2003 году когда-то отечественный, а теперь американский астроном Владимир Краснопольский обнаружил в атмосфере Марса следы метана, ему мало кто поверил. И даром, что вскоре эти результаты, основанные на анализе полученных наземными телескопами инфракрасных спектров планеты, подтвердили две независимые группы, одна – также с помощью наземных наблюдений, другая – по данным европейской орбитальной станции Mars Express.

Поверить было очень трудно, потому что метан – тот самый газ, который горит в конфорках газовых плит и течёт по украинской трубе из России в Европу – оказавшись на свету, быстро разрушается солнечными лучами. Среднее время жизни молекулы метана в марсианской атмосфере – около 300 лет, срок ничтожный по астрономическим масштабам.

А значит, небольшую, но вполне заметную концентрацию газа – примерно 10 частей на миллиард (10 ppb) – должен был постоянно поддерживать какой-то источник метана.

По сути, вариантов происхождения метана всего два – геологический и биологический. Геологических механизмов, которые могли бы работать на Марсе, тоже два – вулканизм и реакции некоторых минералов, в первую очередь оливина, с водой, в результате которой образуется минерал серпентин и выделяется метан. Но в таком случае вулканы помимо метана должны были высвобождать и другие газы вроде SO₂, которых ни Краснопольский, ни кто-либо ещё в нужных количествах никогда не видел. А надёжных данных о существовании воды на Марсе пять лет назад ещё не было.

Так что предпочтительным казался другой источник, биологический – деятельность марсианских бактерий-метаногенов. Это уже настоящая сенсация, а сенсаций сдержанные от природы учёные не любят. Отсюда и скепсис.

Краснопольский и его коллеги даже прикинули, сколько нужно микробов для поддержания выделения метана на измеренном уровне. Если метана в атмосфере 10 ppb, а разлагается он за 300 лет, в атмосферу с поверхности планеты должны были выделяться примерно 2 тонны газа в сутки. Если бактерии, которые его производят где-то под слоем марсианской вечной мерзлоты, похожи на земных метаногенов, живущих в глубоких шахтах, то их должно было быть примерно 20 тонн. Не то чтобы много, но это уже настоящая внеземная жизнь.

Конечно, для наглядности лучше привести другое сравнение. Немаловажным – в том числе и для вопросов глобального потепления – источником метана на Земле является домашний скот. В первую очередь коровы, каждая из которых ежедневно выпускает около 100 грамм горючего газа (который на самом деле производят бактерии в её кишечнике, но не те, что живут в глубоких шахтах). Так что для поддержания марсианской концентрации метана потребовалось бы внушительное стадо в 20 тысяч крупных рогатых голов.

В одном из ближайших номеров Science будет опубликована работа Майкла Маммы из Годдардского центра NASA и его коллег, которая заставляет существенно пересмотреть эту оценку. Слухи об этом исследовании появились в публичном пространстве несколько месяцев назад, а посетителям астрономических конференций эти работы были известны и раньше. И теперь, наконец, публикация.

Чтобы обеспечить необходимое воспроизводство метана в марсианской атмосфере, нужны не 20 тысяч, а около миллиона коров. И теперь мы знаем, «где они пасутся».

Учёные проанализировали результаты спектральных наблюдений Марса в инфракрасном диапазоне, проведённых с помощью 10-метрового телескопа имени Кека и меньшего по размерам, но зато приспособленного под инфракрасные наблюдения 3,5-метрового телескопа IRTF. Оба они установлены на Гавайях.

Мамма и его коллеги уверенно подтвердили наличие в атмосфере Марса следов поглощения света метаном, обнаружив все положенные ему спектральные линии с высоким отношением сигнал/шум. Кроме этого, в отличие от предшественников, учёные из NASA получили не оценку среднего содержания метана в атмосфере, а увидели, как он распределён над поверхностью планеты.

В 2003 году в северном полушарии Марса учёные нашли три расположенные друг рядом с другом зоны на поверхности планеты, из которых сочится метан.

Общая масса газа над одной из них составила 20 тысяч тонн, а скорость выделения газа оценивается минимум в 0,6, а то и в несколько грамм в секунду. Для такого производства нужны уже тысячи тонн бактерий-метаногенов – или миллионы коров.

Все три источника находились в северном полушарии, где в то время было лето: вблизи расщелины Nili Fossae, на границе крупного тёмного образования Большой Сырт и в гористом районе Terra Sabae. Под тремя метановыми выбросами находятся порядка 10 миллионов квадратных километров поверхности Марса, однако каков размер самих источников, сказать сложно – вырываясь на поверхность, газ расплывается по округе.

В наблюдениях 2006 года, которые относятся к межсезонью, ничего подобного не нашлось. Отсюда учёные заключают, что каков бы ни был механизм генерации самого газа, его выброс на поверхность может быть связан с оттаиванием вечной мерзлоты или мелких трещин в ней, через которые газ выходит наружу. Кроме того, тепло может помочь и самому производству газа – как в жизнедеятельности микробов, так и в реакции серпентизации марсианского оливина.

Куда делся газ к 2006 году – неизвестно.

Даже если размазать имевшиеся в 2003 году запасы газа ровным слоем по всей атмосфере и учесть его разрушение солнечными лучами, в 2006 году средний уровень газа не должен был быть меньше 5–10 ppb, а в реальности его наблюдалось 2–3 части на миллиард. Возможно, в разрушение метана вносят вклад перхлорат и пероксиды, найденные на Марсе в последние годы, – в атмосферу он может подниматься с мельчайшими пылинками. Учёные работают над этой проблемой.

Однако для большинства из нас основной загадкой всё-таки остаётся происхождение. Биология или геология?

Способ различить «биологический» и «минеральный» метан существует. Для этого потребуется изучить относительное содержание разных изотопов углерода в метане и в других газах, выделяющихся из марсианского грунта.

Правда, пока для применения изотопного метода не хватает точности наблюдений. Даже марсоходы нового поколения – американский Mars Science Laboratory и европейский ExoMars, запуск которых запланирован на 2013 и 2016 годы, – смогут детектировать метан лишь на уровне 0,1 ppb, а с различением изотопов – чуть хуже. Такой точности, скорее всего, будет недостаточно, чтобы отличить биогенный газ от абиогенного.