Оценка пределов детектирования малых газовых составляющих атмосферы Марса в эксперименте ФАСТ/ЭкзоМарс-2020

Атмосфера Марса содержит множество малых газовых составляющих, включая водяной пар, азотсодержащие соединения (NH3, NO2) и незначительное содержание летучих органических соединений (СН4, С2Н2, С2Н4 и т.п.). Измерение содержания водяного пара и его изотопа HDO необходимы для определения отношения D/H в атмосферном столбе, что позволит получить оценку диссипации воды с Марса в процессе его эволюции. Особый интерес представляет детектирование метана (СН4), содержание которого по различным данным за последние 15 лет менялось от десяток ppt (частей на триллион) до единиц ppb (частей на миллиард) (Korablev et al., 2019). Для решения подобных задач в атмосфере Марса был создан прибор ФАСТ, – Фурье спектрометр для Атмосферных Составляющих и Температуры – работающий в среднем и тепловом ИК диапазонах спектра от 2 до 17 мкм (Shakun et al., 2019).

Планируется, что спектрометр ФАСТ будет осуществлять измерения с борта посадочной платформы ЭкзоМарс-2020. Проведение эксперимента на поверхности Марса предпочтительнее измерений с орбиты или с Земли, так как это более надёжный способ поиска малых газовых составляющих в нижних слоях атмосферы. Прибор имеет два режима наблюдений: режим наведения на Солнце и режим наблюдения атмосферы. Измерения в первом режиме даёт возможность детектирования содержания молекул в атмосферном столбе с высокой чувствительностью (“сигнал/шум” порядка 1000) c высоким спектральным разрешением (0.05 см-1).
В данной работе представлены результаты расчета спектров пропускания малых газовых составляющих (CH4, H2O и других) и оценка чувствительности их детектирования с учетом спектральных и фотометрических характеристик летного образца спектрометра ФАСТ.
Работа выполняется при поддержке гранта РНФ №16-12-10453.