Изучение Марса входит в число проектов, включённых в так называемое Гарантированное время наблюдений (Guaranteed Time Observation, GTO) — это специальная программа, которая предоставляет наблюдательное время для учёных, которые принимали участие в разработке телескопа и его научной программы. Марс будет доступен для наблюдений с мая по сентябрь 2020 года в рамках первого года работы телескопа, называемого Циклом 1 (Cycle 1).
Главной задачей «Уэбба» станет спектроскопия марсианской атмосферы и более точное определение её химического состава.
Преимущества «Уэбба» и сложности
Марс — наиболее хорошо исследованная планета помимо Земли. Только на её орбите сейчас работает шесть активных аппаратов. Ещё два ровера бродят по поверхности. Что может к этому добавить телескоп Уэбба?
Во-первых, он сможет сделать снимок всей атмосферы целиком одним кадром. Спутникам для того, чтобы промерить её состояние, требуется облететь планету много раз, поэтому они могут не замечать быстрых — на временах нескольких часов или дней — изменений. Роверы так вообще привязаны к конкретной точке поверхности.
«Уэбб», кроме того, обладает великолепным спектральным разрешением — то есть способен с высокой точностью различать спектральные линии, которые и являются признаками наличия тех или иных химических веществ. И, что важно, его наблюдениям — в отличии от наземных телескопов — не будут мешать флуктуации земной атмосферы.
Однако наблюдать за Марсом всё же будет непросто. Проблема заключается в том, что «Джеймс Уэбб» был разработан для регистрации слабых сигналов от чрезвычайно далёких объектов. Марс же находится у него практически «под носом», и потому банально слишком ярок. Чтобы не сжечь чувствительное оборудование, инженеры разработали специальные техники для наблюдения за Марсом.
Вода и метан
Большая часть воды, которая когда-то покрывала поверхность Марса, распалась на водород и кислород под действием солнечного ультрафиолета. Учёные могут оценить количество исчезнувшей таким образом воды, измерив относительное содержание в атмосфере молекул обычной воды H₂O и тяжёлой воды HDO. Поскольку более лёгкий водород быстрее покидает планету по сравнению с более массивным дейтерием, то со временем относительная концентрация HDO растёт. Телескоп Уэбба как раз и должен дать более точные значения этой величины.
Измерения «Уэбба» могут помочь понять также и, как происходит обмен водой между полярными шапками льда, атмосферой и почвой.
Хотя большая часть оставшейся на Марсе воды находится в состоянии льда, есть вероятность, что под его поверхностью всё же имеется вода и в жидком виде. Образуя подземные резервуары, она даже может являться прибежищем простейших форм жизни. В 2003 году эта идея привлекла дополнительный интерес в связи с обнаружением в марсианской атмосфере метана — простейшего органического вещества, который может быть продуктом жизнедеятельности бактерий.
На видео ниже можно посмотреть полученные в ходе тех наблюдений наземными телескопами распределения паров метана и воды.
Хотя не исключено, что этот метан — продукт слабой геологической активности красной планеты. Наблюдения «Уэбба» могут пролить свет и на вопрос происхождения атмосферного метана.