Марс химичит. На Красной планете оказалось неожиданно много озона - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Марс химичит. На Красной планете оказалось неожиданно много озона

Наблюдения с космического аппарата «Марс-Экспресс» (Mars Express, ESA) показали, что в атмо­сфере Марса озона в два раза больше, чем предсказывали существующие климатические модели.

Вывод был сделан на основе сопоставления количества озона и водяного пара в атмосфере. Группа французских и российских исследователей под руководством Франка Лефевра (Franck Lefevre, лаборатория LATMOS, Франция) проанализировала данные за четыре марсианских года (семь с половиной земных лет), полученные спектрометром SPICAM на борту аппарата. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Geophyscial Research: Planets.
Все, что касается озона и цепочки химических реакций, в которых он участвует, важно не только для изучения Марса, но и для понимания процессов, идущих на Земле. Общий вывод о том, что современные химические модели появления и разрушения озона несовершенны, имеет большое значение для исследований нашей планеты. Современные наблюдения, в том числе с помощью российского прибора ACS (миссия «ЭкзоМарс-2016»), раскрывают многие подробности «жизни» этого важнейшего соединения.

Марсианская атмосфера на 95% состоит из углекислого газа (CO2). Оставшиеся 5% приходятся на долю азота (около 3%), аргона (менее 2%) и так называемых «малых составляющих» (общая доля менее 1%), в числе которых водяной пар, кислород, озон и другие вещества, химические взаимоотношения которых чрезвычайно интересны, но пока еще мало изучены.

Озон рождается в атмосфере Марса, когда ультрафиолетовое излучение Солнца «разбивает» молекулы углекислого газа CO2. Получившиеся атомы кислорода соединяются в молекулы озона O3.

При этом те же ультрафиолетовые фотоны разбивают на составные части и молекулы водяного пара H2O, производя в числе продуктов распада радикалы HOx. Они, в свою очередь, вступают в реакцию с озоном и разрушают его. Таким образом, в атмосфере Марса (и не только его) количество водяного пара должно обратно коррелировать с количеством озона. То есть чем больше первого, тем меньше последнего, и наоборот.

Для исследования этой обратной зависимости были использованы данные инфракрасного и ультрафиолетового спектрометров SPICAM на борту космического аппарата «Марс-Экспресс» (ESA), уже более 15 лет работающего на марсианской орбите. Благодаря этому в распоряжении ученых есть длительные ряды измерений, в том числе и измерения в течение четырех марсианских лет, когда SPICAM одновременно измерял концентрации и озона в ультрафиолетовом диапазоне спектра, и водяного пара в инфракрасном. Измерения водяного пара проводили российские участники команды Александр Трохимовский и Анна Федорова, сотрудники Института космических исследований (ИКИ) РАН.
Антикорреляция между количеством озона и водяного пара, действительно, была обнаружена в области высоких широт – от 60 градусов в южном и северном полушариях.

Данные этих наблюдений исследователи попробовали воспроизвести, используя глобальную климатическую модель марсианской атмосферы, разработанную в начале 2000-х годов. С тех пор модель постоянно совершенствуется и сейчас, в частности, включает также фотохимическую часть.

Результат оказался неожиданным. При наблюдаемой концентрации водяного пара соответствующее содержание озона, согласно модели, должно было быть в два раза ниже, чем показали наблюдения. Значит, эффективность радикалов HOx как разрушителей озона в модели преувеличена?

В чем же причины расхождения модели с реальностью? Исследователи попробовали учесть тот факт, что реакции фотолиза CO2 могут идти более медленно при низких марсианских температурах. Предположили, что скорости химических реакции с радикалами HOx, заложенные в модель, недостаточно точны. Однако проблему это не решило.

Еще одно предположение: что, если радикалы HOx начинают эффективно взаимодействовать с частицами облаков еще до того, как вступают в реакцию с озоном?

Действительно, с учетом этого модель стала лучше предсказывать реальные наблюдаемые концентрации озона, но только для очень высоких северных широт.
Ранее SPICAM обнаружил, что водяной пар на Марсе может подниматься до гораздо больших высот, чем считалось ранее.

Все эти работы в совокупности означают, что фотохимические модели марсианской атмосферы следует пересмотреть – как количественно, так, может быть, и качественно.

В пользу того, что с химией водорода и озона в марсианской атмосфере понятно далеко не все, свидетельствуют и результаты наблюдений аппарата TGO российской-европейской миссии «ЭкзоМарс-2016», а именно комплекса российских приборов ACS для изучения химии атмосферы Марса с его орбиты (ACS – Atmosperic Chemistry Suite). ACS включает три спектрометра и блок электроники. Спектрометры зондируют атмосферу Марса в разных режимах: днем и ночью, а также в периоды солнечных затмений. По характерным особенностям полученных спектров можно судить, какие вещества входят в состав атмосферы, определять их концентрацию и распределение по высоте.

За время своей работы комплекс, в частности, обнаружил ранее неизвестные линии поглощения углекислоты, а также смог зарегистрировать полосу поглощения озона, ранее не измеряемую на Марсе. Учет этих новых данных важен для более полного понимания атмосферы планеты.

Благодаря работе ACS было сделано еще одно открытие – обнаружен хлороводород HCl, активно взаимодействующий с озоном. Наконец, третья работа, также связанная с тонкими эффектами, происходящими в марсианской атмосфере, появилась в результате наблюдений за угарным газом CO, который реагирует на присутствие водяного пара.

Кстати, в свете последних исследований стало ясно, что существующая модель недооценивает и содержание угарного газа в атмосфере.

“Работа приборов комплекса ACS на орбите существенно улучшает наше понимание физики атмосферы Марса, – говорит Александр Трохимовский, главный специалист отдела физики планет ИКИ РАН. – Эти приборы обеспечивают ранее недоступное качество данных, а также глобальное покрытие, измерения вертикальных профилей и продолжающийся годами мониторинг. Озону в этих исследованиях, безусловно, уделяется большое внимание”.

Изучение марсианского озона прямо связано с изучением озона в земной атмосфере. За основу фотохимической модели Марса была взята модель мезосферы Земли. На высоте между 40 и 80 километрами газовая оболочка нашей планеты напоминает марсианскую. И хотя озоновый слой в земной атмо­сфере располагается ниже, но химические реакции, в которые он вступает, в том числе взаимодействие с радикалами HOx и хлором, в общем-то те же, что происходят в атмосфере Марса. Именно поэтому открытия, сделанные с помощью приборов, работающих на марсианской орбите, вносят существенный вклад в понимание земной атмосферы и климата.

Пресс-центр ИКИ РАН

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2