Ученые РАН выяснили причину исчезновения соляной кислоты из атмосферы Марса
Российские ученые нашли вероятное объяснение постоянного изменения состава хлороводорода в атмосфере Марса. Наблюдения показали, что молекулы долго не задерживаются в газовой оболочке из-за частиц водяного льда, которые поглощают его. Выяснилось также, что соляная кислота сохраняется в атмосфере гораздо меньше по времени: всего несколько часов, а не месяцев, как считалось ранее.
Ученые выявили хлороводород (соляная кислота, HCl) в атмосфере Марса не так давно. Обнаружить его удалось в 2020 году с помощью наблюдений российского спектрометра ACS на борту европейского космического аппарата Trace Gas Orbiter (TGO) в рамках программы «ЭкзоМарс-2016». Исследователей удивило большое количество молекул газа — до пяти частиц на 1 млрд в единице объема (ppbv). Этого много для атмосферы Красной планеты, которая наполнена углекислым газом и является крайне разреженной.
Однако концентрация соляной кислоты постоянно меняется, причем это происходит резко и быстро: уже спустя несколько дней приборы не смогли зафиксировать вещество, а значит, оно рассеялось. Подобные резкие перемены противоречат общепринятым представлениям о химическом составе атмосферы Марса, которые говорят о том, что хлороводород должен сохраняться в ней в течение нескольких месяцев.
Исследователи из Института космических исследований (ИКИ) РАН попытались понять, с чем может быть связано разрушение молекул HCl в атмосфере Марса. Они предположили, что причиной мог стать обычный водяной лед, аналогично тому, как он поглощает хлороводород в стратосфере Земли. В таком случае количество водяного льда (но не водяного пара) должно быть пропорционально количеству хлороводорода: чем больше одного вещества, тем меньше другого.
Чтобы это проверить, исследователи воспользовались данными, полученными двумя спектрометрами ACS в течение 2,5 марсианского года (с конца мая 2018-го по конец июля 2022 года). Выяснилось, что содержание хлороводорода в атмосфере Красной планеты в этот период изменялось по схожему сценарию. Когда Марс был ближе всего к Солнцу, в Южном полушарии наступали весна и лето, и концентрация хлороводорода в атмосфере этой части планеты увеличивалась примерно до 5,5 ppbv.
Позже воздушные массы, содержащие хлористый водород, перемещались в более холодную часть —Северное полушарие, где концентрация вещества снижалась в несколько раз. Особенно низкие значения наблюдались на небольшой высоте. Это подтверждает гипотезу о том, что молекулы HCl поглощались частицами водяного льда в процессе их формирования.
Специалисты провели одновременные измерения концентрации хлороводорода и водяного льда в атмосфере на различных высотах. В результате они обнаружили искомую структуру: в некоторых случаях наблюдалась обратная зависимость между концентрациями HCl и частиц водяного льда.
Из этого можно сделать вывод, что в атмосфере Марса есть отдельные слои, где преобладают частицы водяного льда, при этом концентрация HCl минимальна или отсутствует. В то же время в слоях с максимальным сосредоточением хлороводорода наблюдается максимальное содержание водяного пара. Это объясняется тем, что в местах, где водяной пар превращается в лед, молекулы хлороводорода поглощаются, что приводит к уменьшению количества газов H2O и HCl, а там, где нет льда, наблюдаются их максимумы. Исследователи ИКИ РАН назвали такие слои «ледяными дырками», аналогично озоновым дырам.
Авторы исследования также оценили влияние частиц водяного льда на продолжительность существования молекулы хлороводорода в атмосфере. Ранее предполагалось, что HCl может находиться в атмосфере Марса в течение нескольких месяцев, однако новые данные показывают, что это время может быть сокращено до нескольких часов. Такое открытие в корне меняет современные представления о химических процессах на Красной планете. Однако, по словам ученых, это только предварительные результаты и для их подтверждения необходимо провести дополнительные наблюдения.
