Дослідники з Інституту астрофізики та космічних наук Португалії об’єднали дані спостережень за атмосферами планет Сонячної системи та моделі, створені симулятором планетарного спектру (Planetary Spectrum Generator), щоб розібратися з пошуком життя за межами Землі, вулканізмом на Венері та історією води на Марсі.
Планетологи інституту астрофізики та космічних наук моделювали з використанням симулятора просторового спектру (PSG) різні ймовірнісні сценарії, які впливають на хімічний склад атмосфери планет. Результати дослідження допомогли знайти відповіді, на деякі раніше невирішені питання.
Одним з таких питань було наявність або відсутність метану на Марсі. Аналіз знімків планетарного фур’є-спектрометра, встановленого на борту апарату Mars Express, показав в 2019 році наявність скупчень метану над поверхнею Червоної планети. Однак в тому ж році дослідницький апарат «Марс TGO» визначив концентрацію метану в атмосфері планети як незначну.
Цю розбіжність можна пояснити можливою просторовою і часовою мінливістю вмісту метану в атмосфері, відзначають вчені. На Марсі можуть бути різні джерела метану: вулкани, метеорити, комети і міжпланетний пил або біологічні організми. Крім того, є безліч факторів, які впливають на руйнування метану в атмосфері. Дослідники змогли підібрати умови, при яких один з дослідницьких апаратів фіксував наявність цього газу в атмосфері, а інший — ні.
“Змінюючи параметри нашого моделювання, ми змогли вирішити ці протиріччя, дізнатися за яких умов і де можна знайти метан. Це важливий крок на шляху до розуміння зв’язку метану на Марсі з можливим існуванням життя”, – пояснює Педро Мачадо, дослідник Інституту астрофізики та космічних наук та співавтор роботи, опублікованої в журналі Atmosphere.
Інше питання, над яким працювали вчені – доля більшої частини води на Марсі. Наявні дані говорять про те, що колись на цій планеті текла вода, а більшу частину північної півкулі займав величезний океан. Сьогодні планета являє собою крижану пустелю.
Планетологи з використанням PSG оцінили співвідношення водню і дейтерію в атмосфері Марса. Дослідники вважають, що це допоможе зрозуміти еволюцію води на планеті.
“Дейтерій – це важкий ізотоп водню, в ньому на один нейтрон більше. Тому вода, що складається з одного атома дейтерію і одного атома водню, важче “звичайної”, і їй важче полетіти в космос, — говорить Жоау Діас, керівник дослідження. – Порівняння співвідношення дейтерію і водню на глобальному і локальному рівні, яке можна змоделювати, дає нам цінну інформацію про еволюцію марсіанської води».
Дослідники також проаналізували вміст фосфіну в атмосфері Венери. Цей газ може мимовільно створюватися з фосфору і водню в умовах високого тиску і температури. Саме таким чином, як відзначають дослідники, він виникає на Юпітері. Однак на невеликих планетах він, як правило, пов’язаний з активністю живих організмів. Саме тому виявлення в 2020 році фосфіну в хмарах Венери змусило вчених заговорити про наявність життя на планеті.
“Подальші дослідження, проведені в інших умовах, показали, що фосфін може взагалі не бути присутнім або бути присутнім в набагато менших кількостях, ніж було встановлено спочатку. Наше моделювання підтвердило цю теорію”, – розповідає Педро Мачадо.
Крім того, як відзначають вчені, моделювання дозволяє їм оцінити наявність в атмосфері Венери діоксиду сірки, який пов’язаний з вулканічною активністю на планеті. Головне досягнення роботи, за словами авторів, в тому, що вона продемонструвала ефективність використання PSG для моделювання атмосфери планет Сонячної системи і екзопланет.
“Наша робота має велике значення для планованих космічних місій, таких як EnVision, Ariel і Mars Express. Моделювання показує передбачувані джерела і вміст хімічних речовин в атмосфері. Ці дані дозволять підібрати точні інструменти і датчики, які будуть використовуватися на космічних апаратах», — додає Педро Мачадо.