Органика на Марсе — что дальше?

Команда, ответственная за инструмент анализа образцов на Марсе (SAM), которым оснащен марсоход «Кьюриосити», впервые точно подтвердила наличие органических молекул на Марсе

«Мы думаем, что жизнь зародилась на Земле 3,8 миллиарда лет назад, и наши данные говорят о том, что на Марсе в то же время были такие же условия — жидкая вода, теплая атмосфера и органические вещества, — заявила Кэролайн Фрейссинет из Центра управления космическими полетами Годдарда при NASA. — Так если жизнь возникла на Земле в таких условиях, почему бы этому не произойти на Марсе?».

Хотя команда ученых, после недавней находки «Кьюриосити», не говорит о том, что в кратере Гейла конкретно нашли жизнь, открытие свидетельствует о том, что окружающая среда Марса располагает ограниченным числом органических молекул, которые могут использоваться в качестве строительных блоков для жизни и энергетических источников для нее. Предыдущий анализ этого же аргиллита (глины), проведенный «Кьюриосити», показал, что конкретно это место обладало когда-то водой и химическими элементами, необходимыми для жизни, равно как и другим источником химической энергии.

Команда, ответственная за инструмент анализа образцов на Марсе (SAM), которым оснащен марсоход «Кьюриосити», впервые точно подтвердила наличие органических молекул на Марсе — строительных блоков жизни во всех известных нам формах, точнее, широкого спектра молекул, состоящих из углерода, водорода и атомов кислорода. Хотя, безусловно, органические молекулы могут воспроизводиться в ходе реакций и без участия жизни, нет никаких конкретных доказательств, что данная находка была обусловлена наличием древней марсианской жизни или ее отсутствием. Примеры небиологических источников включают химические реакции в воде горячих источников древнего Марса или доставкой органических веществ на Марс в виде фрагментов межпланетной пыли, астероидов и комет.

Поверхность Марса в настоящее время неблагоприятна для жизни, какой мы ее знаем, но есть серьезные свидетельства того, что Красная планета некогда обладала климатом, который мог поддерживать жизнь в течение миллиардов лет. К примеру, детали ландшафта, напоминающие русла высохших рек, и наличие минералов, которые образуются только в жидкой воде, были недавно обнаружены. Марсоход «Кьюриосити» с его набором инструментом, в том числе и SAM, отправился на Марс в 2011 году именно для того, чтобы узнать побольше о жилой среде Марса в древности, изучая аспекты химии пород и атмосферы.

Органические молекулы, обнаруженные командой ученых, были в высверленном образце аргиллита в кратере Гейла, в котором приземлился марсоход. Ученые считают, что на месте кратера миллиарды лет назад было озеро, и аргиллиты образовались из отложений в озере. Кроме того, этот аргиллит на 20% состоит из смектитной глины. На Земле такая глина известна тем, что предоставляет большую площадь поверхности и оптимальные межслойные пространства для концентрации и сохранения органических компонентов.

Органические молекулы, обнаруженные командой, также содержат атомы хлора и включают хлорбензол и несколько дихлоралканов вроде дихлорэтана, дихлорпропана и дихлорбутана. Хлорбензол распространен больше остальных, его концентрация составляет от 150 до 300 частей на миллиард. Хлорбензол не встречается в природе на Земле. Он используется в производственном процессе при создании пестицидов, гербицидов, клеев, красок и резины. Дихлорпропан используется как промышленный растворитель и классифицируется как канцероген.

Вполне возможно, что эта содержащая хлор органика была в аргиллите как таковая. Но, по мнению ученых, вероятнее всего, что в аргиллите были другие наборы прекурсоров органических молекул, а хлорная органика образовалась из реакций в инструменте SAM, когда образец нагревался для анализа. Перхлораты (атомы хлора, связанные с четырьмя атомами кислорода) весьма распространены на поверхности Марса. Возможно, при нагревании образца хлор из перхлората соединился с фрагментами других органических молекул в аргиллите и образовал хлорированные органические молекулы, которые зафиксировал SAM.

В 1976 году Gas Chromatograph Mass Spectrometer, инструмент спускаемого аппарата «Викинг», обнаружил два простых хлорированных углеводорода, когда нагревал почву Марса для анализа (хлорметан и дихлорметан). Однако на тот момент не удалось исключить возможность того, что соединения были получены с помощью самого инструмента. Хотя источники внутри инструмента SAM также производят хлорированные углеводороды, они не производят больше 22 частей на миллиард хлорбензола, что намного ниже, чем количества вещества, обнаруженные в образце, а значит, команда ученых уверена, что органические молекулы действительно присутствуют на Марсе.

Для последнего анализа система сбора образцов «Кьюриосити» пробурила дырку в аргиллите и профильтровала мелкие частицы через сито, а затем доставила порцию образцов в лабораторию SAM. SAM проанализировал образец, нагрев его до 875 градусов по Цельсию и изучив пары с помощью квадрупольного масс-спектрометра, который идентифицирует молекулы по их массе, используя электрические поля. SAM также обнаружил составляющие, используя газовый хроматографический масс-спектрометр (GCMS). В этом режиме поиска летучие вещества разделяются по тому, сколько времени им требуется, чтобы пройти по узкой трубе. Определенные молекулы взаимодействуют со сторонами трубки и движутся медленнее.

Первое свидетельство о повышенных уровнях хлорбензола и дихлоралканов, высвобожденных из аргиллитов, «Кьюриосити» получил на 290 сол пребывания на Марсе (30 мая 2013 года). Более года ученые анализировали результаты, проводя в лабораториях эксперименты с применением методов SAM, чтобы убедиться, что сам инструмент не воспроизводит обнаруженные органические материалы.

«Поиск органики на Марсе был чрезвычайно сложен для нас, — заявил Дэниел Глейвин, соавтор работы. — Во-первых, мы должны были определить условия в кратере Гейла, при которых нашли бы нужную концентрацию органики в отложениях. Затем нужно было убедиться, что жидкость и растворенные вещества не окислили бы и не уничтожили органику. Органика также могла быть уничтожена воздействием горных пород на поверхности Марса и интенсивным ионизирующим излучением. Наконец, чтобы определить, что органические компоненты все же выжили, нам пришлось точно определить, что хлоркислородные компоненты и, возможно, другие сильные оксиданты в образце не уничтожат органические компоненты и не разложат их на двуокись углерода и хлорированные углеводороды при нагревании в SAM».

Важной частью миссии «Кьюриосити» было сохранение камней, которые сохраняют разные комбинации веществ, сохраняющих органику.

«Команды SAM и MSL работали вместе над достижением этого результата, — заявил Джон Гротцингер из Калифорнийского университета. — Путем бурения дополнительных образцов скал в разных местах и сопоставлением разных геологических историй нам удалось добиться таких результатов. К моменту, когда мы впервые увидели органические молекулы на Марсе, было непонятно, действительно ли они образовались на Марсе, однако дополнительное бурение и анализ показали, что, скорее всего, органика действительно марсианская».

Последняя находка «Кьюриосити»

Итак, марсоход обнаружил органические компоненты в почве, а также выбросы метана в воздух. О чем это может говорить? «Кьюриосити» также выяснил, что 2% марсианской почвы представлено водой. Это важная находка для будущих колонизаторов Красной планеты и для изучения вопроса, могла ли на Марсе быть жизнь.

Выбросы метана, о которых ученые объявили несколько дней назад, могут объясниться довольно просто — нужно просто подождать и посмотреть, повторятся ли они. С конца ноября 2013 года и по январь 2014 образцы атмосферы, собранные и проанализированные «Кьюриосити», показал 10-кратное увеличение концентраций метана, газа, который на Земле тесно связывают с жизнью.

Когда спустя два месяца был взят новый забор, газ ушел, породив новую загадку, поскольку метан должен оставаться в марсианской атмосфере не меньше 300 лет. Марсоход будет терпеливо «нюхать» воздух в поисках метана, пока не ответит на этот вопрос, говорит Гротцингер.

Если будут обнаружены более высокие концентрации, бортовая лаборатория марсохода попытается захватить образцы и очистить метан от диоксида углерода для анализа. Подробное изучение того, как исчезает метан, может пролить свет на его происхождение и на причины его периодических выбросов. В настоящее время ученые ожидают выброса метана из кратера Гейла или места поблизости.

Если будет обнаружен крупный выброс метана, ученые попытаются химически проанализировать его изотопный состав, что опять же может пролить свет на его источник. Возможно, это микробы, существовавшие в древности или существующие сейчас, или же побочный продукт геохимических процессов.

Выброс показывает, что «Марс в настоящее время активен и его подповерхность сообщается с воздухом», — говорит Сушиль Атрейя из Мичиганского университета. Свяжите этот вывод с недавним открытием того, что на Марсе есть хлорбензольная органика — и станет понятно, что шансы на то, что Марс не так мертв, как мы думаем, существенно выросли.