Кратко и по существу — какие лабораторные симуляции, какие миссии и какие анализы образцов нужны, чтобы однозначнее различить источники и механизмы высвобождения метана на Марсе.
Лабораторные симуляции (что и зачем делать)
- Моделирование сорбции/десорбции в марсианском реголите: измерять изотермы и кинетику для реголит-имитаторов с перхлоратами, солями, цеолитами и клаузратами при марсианском давлении и температуре ($\sim 6\mathrm{mbar}$, $T=-120^{\circ }\mathrm{C}÷+20^{\circ }\mathrm{C}$).
- Клатратные/криогенные эксперименты: стабильноть и расщепление метановых клаузратов при колебаниях температуры/давления; имитировать постепенный прогрев/давление.
- Рентгено‑/радиолитическое образование газов: радиолиз \(\mathrm{CO}_2}\), льда и органики под воздействием гамма/космического излучения; оценить скорости производства ${\mathrm{CH}}_4$ и изотопные сигнатуры.
- Термохимическая абиогенная синтезация: реакции гидратации/серпентинизации базальтов с H${}_2$ и катализаторами (Fe, Ni) — измерять выходы ${\mathrm{CH}}_4$ и изотопные фракционирования.
- Фотохимия/UV‑разложение органики и межпланетной пыли на поверхности/в льду; моделировать суточные и сезонные циклы излучения.
- Транспортные/диффузионные эксперименты: измерять коэффициенты диффузии и проницаемость в реголите при разных пористостях и влажности; моделировать эмиссии при давлении/температурных скачках и при деликивесценции солей.
- Изотопные калибровки: лабораторно измерить ${\delta }^{13}\mathrm{C}$, $\delta \mathrm{D}$ и состав изотопологов (${}^{13}{\mathrm{CH}}_4$, ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{D}$) для каждого из выше‑перечисленных механизмов.
Целевые миссии и наблюдения (приоритеты)
- Постоянный наземный мониторинг: сеть стационарных приборов (TLS/CRDS) на разной широте и разных геологиях с непрерывной регистрацией в течение $\gtrsim 3$ марсианских лет, чтобы отделить сезонность от эпизодов.
- Мобильные платформы с бурением: роверы/платформы с буром до глубины $\gtrsim 2\mathrm{m}$ (желательно $\sim 2\text{–}5\mathrm{m}$) для отбора образцов из вне‑воздействной зоны радиации.
- Воздушные средства (аэростат/дрон): вертикальные профили концентраций ${\mathrm{CH}}_4$ и ветровые поля для локализации источников и проверки подповерхностных вспышек.
- Орбитальные спектрометры повышенной чувствительности и разрешения: локализация пламеней/пучков в дневном и ночном режимах, совместные синхронные наблюдения с наземными измерениями. Небольшие констелляции для хорошей временной и пространственной апертуры.
- Совместные кампании: синхронные наблюдения TGO‑типа, орбит, роверов и аэростатов для триангуляции источников в реальном времени.
- Миссия по возвращению образцов с приоритетом зон предполагаемых источников и с обеспечением строгого контроля за загрязнением.
Анализы образцов (ключевые измерения)
- Высокоточная изотопная геохимия: ${\delta }^{13}\mathrm{C}$, $\delta \mathrm{D}$ для ${\mathrm{CH}}_4$; измерения изотопологов ${}^{13}{\mathrm{CH}}_4$ и ${\mathrm{CH}}_3\mathrm{D}$ для определения биогенного/абиогенного фракционирования.
- Радиоуглерод (${}^{14}\mathrm{C}$) при возможности — отличить современное биологическое производство от древних запасов.
- Хиральный (энантиомерный) анализ органики — диагностика биологической активности.
- Сопутствующие газовые и твердые маркеры: H${}_2$, CO, CO${}_2$, H${}_2$S, SO${}_2$; органические молекулы разной сложности; минералогия (перхлораты, сульфаты, карбонаты, карбонатные отложения), присутствие водных солей/брасс.
- Благородные газы и трейс‑изотопы (Ar, Kr, Xe, He): оценить связь газов с глубинными резервуарами и возможные процессы дегазации.
- Контекстная петрология/микроструктура: трещинность, пористость, наличие гидротермальных/серпентинизационных сфер.
- Эксперименты по дегазации образцов при пошаговом нагреве (step‑heating) с измерением изотопов на каждом шаге — выделить свободный/адсорбированный/клатратный/термально синтезированный метан.
Диагностические признаки для разделения механизмов
- Биогенный: обычно сильная легкость по ${\delta }^{13}\mathrm{C}$ и $\delta \mathrm{D}$, возможна хиральная асимметрия и сопутствующие сложные органические биомаркеры.
- Абиогенный (серпентинизация/Фишер–Тропш): характерные изотопные подписи ближе к нейтральным, повышенные H${}_2$ и отсутствие биомаркеров.
- Поверхностное освобождение/сорбция: быстрые вспышки, корреляция с температурой/ветром/дождём (деликивесценция), слабые биогенные изотопные признаки.
- Радиац./фотолиз: выделение сопутствующих продуктов (например СО, H${}_2$); определённые изотопные сдвиги, зависящие от энергии.
Практические рекомендации по приоритетам
- Синхронные измерения: орбита + наземные приборы + мобильные для триангуляции пульсов.
- Бурение до глубин, где радиационное разрушение минимально ($\gtrsim 1\text{–}2\mathrm{m}$).
- Возврат образцов с контролем загрязнений для высокоточных изотопных измерений на Земле.
- Расширенные лабораторные калибровки по каждому потенциальному механизму (изотопные "подписи" и кинетика) при марсианских условиях.
Коротко: сочетание целенаправленных лабораторных экспериментов (сорбция, клаузраты, радиолиз, серпентинизация), миссий с непрерывным и мобильным мониторингом, бурения в глубину и возвращения тщательно отобранных образцов вместе с подробным изотопным и минералогическим анализом даст наилучший шанс разгадать источники и механизмы высвобождения марсианского метана.