Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 14–18 ноября 2022 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XX.P.473

Пределы обнаружения малых газовых составляющих атмосферы Марса по данным TIRVIM-ACS/ExoMars

Евдокимова Д. Г. (1), Игнатьев Н.И. (1), Власов П.В. (1), Трохимовский А.Ю. (1), Григорьев А.В. (2), Шакун А.В. (1), Кораблев О.И. (1)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Российская Федерация
(2) Australian National University, Canberra, Australia, Канберра, Австралия
Фурье-спектрометр TIRVIM комплекса Atmospheric Chemistry Suite (ACS) на борту ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) осуществлял мониторинг поверхности и атмосферы Марса в инфракрасном спектральном диапазоне 1,7–17 мкм [1] с апреля 2018 г. по декабрь 2019 г. Этот период составил почти 1 марсианский год: солнечные долготы (LS) 142-360° 34-го марсианского года (МГ) и 0-115° 35-го года. Прибор наблюдал в надир и в режиме солнечного просвечивания со спектральным разрешением от 0,2 до 1,2 1/см [1]. Основными задачами прибора были исследование распределения температуры и мониторинг аэрозолей в зависимости от времени, сезона и географического положения, а также малых газовых составляющих [1]. Спектральный диапазон TIRVIM охватывает полосы молекулярного поглощения газов, наблюдение за которыми может быть ключом к пониманию прошлого или настоящего Марса, геологических или вероятных биогенных процессов, а также для оценки окислительных свойств атмосферы. Три представляющие интерес молекулы имеют сильные полосы поглощения в тепловом диапазоне: озон (O3), перекись водорода (H2O2) и метан (CH4). Озон – газ с ярко выраженными сезонными вариациями, которые определяются круговоротом водяного пара на Марсе. Реакции с продуктами фотолиза H2O – механизм распада газов Ox-группы, а озон является одним из индикаторов содержания HOx молекул в атмосфере Марса. Перекись водорода - сильный окислитель, содержание которого тоже зависит от сезона, что показали наземные наблюдения и модели общей циркуляции [2]. Максимальное содержание 45 ppbv наблюдалось для LS 150-220° в Северном полушарии планеты. Различия между наблюдениями содержания метана в атмосфере у поверхности в кратере Гейла [3, 4] и открытием его отсутствия (предел обнаружения 20 pptv) выше 5 км широко обсуждаются в последние годы [5, 6].
В данной работе мы рассматриваем возможности спектрометра TIRVIM для обнаружения O3, H2O2 и CH4 в тепловом диапазоне 600-1500 1/см. В этом спектральном интервале уменьшается поглощение пылевыми частицами, что позволяет нам исследовать малые газовые составляющие, имеющие фундаментальное значение для фотохимии, вплоть до поверхности. Более того, H2O2 может наблюдаться c TGO только каналом TIRVIM комплекса ACS на длине волны 7,7 мкм (1280 1/см). Полоса CH4 на 7,7 мкм (1305 1/см) и тепловая полоса O3 с центром на 9,7 мкм (1042 1/см) дают возможность изучать газы на основе миллионов полученных спектров. Пределы обнаружения также устанавливаются для усредненных спектров, поскольку можно предположить, что доминирующие ошибки являются случайными. Усреднение позволяет увеличить значение отношения сигнал/шум, таким образом уменьшить пределы обнаружения. Установленные пределы обнаружения O3, H2O2 и CH4 для наблюдений в надир составляют 70, 80 и 100 ppbv. Наблюдения в режиме солнечного просвечивания снижают эти значения в ~2.5 раза. Усреднение спектров позволяет также достигнуть отношение сигнал/шум достаточное для наблюдения озона как в надир, так и в режиме солнечного просвечивания.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда №20-42-09035.

Ключевые слова: Марс, атмосфера, Фурье-спектроскопия, малые газовые составляющие, озон, метан, перекись водорода
Литература:
  1. Korablev O. et al. The Atmospheric Chemistry Suite (ACS) of Three Spectrometers for the ExoMars 2016 Trace Gas Orbiter // Space Sci Rev. 2018. V. 214. No. 7.
  2. Encrenaz T. et al. Ground-based infrared mapping of H2O2 on Mars near opposition // Astronomy & Astrophysics. 2019. V. 627. P. A60.
  3. Webster C. R. et al. Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations // Science. 2018. V. 360. No. 6393. P. 1093-1096.
  4. Giuranna, M. et al. Independent confirmation of a methane spike on Mars and a source region east of Gale Crater // Nat. Geosci. 2019. V. 12. No. 5. P. 326-332.
  5. Korablev O. et al. No detection of methane on Mars from early ExoMars Trace Gas Orbiter observations // Nature. 2019. V. 568. No. 7753. P. 517-520.
  6. Montmessin, F. et al. A stringent upper limit of 20 pptv for methane on Mars and constraints on its dispersion outside Gale crater // Astronomy & Astrophysics. 2021. V. 650. P. A140.

Видео доклада



Ссылка для цитирования: Евдокимова Д.Г., Игнатьев Н.И., Власов П.В., Трохимовский А.Ю., Григорьев А.В., Шакун А.В., Кораблев О.И. Пределы обнаружения малых газовых составляющих атмосферы Марса по данным TIRVIM-ACS/ExoMars // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2022. C. 242. DOI 10.21046/20DZZconf-2022a

Дистанционное зондирование планет Солнечной системы

242