Исследователи представили прошлое Марса

11:06, 20/05
- Валентин Устинов -
просмотров: 140

Сегодня, изучая химические элементы на Марсе, включая углерод и кислород, ученые имеют возможность представить историю планеты, возможно когда то имевшую условия для возникновения и поддержания органической жизни.

Сегодня, изучая химические элементы на Марсе, включая углерод и кислород, ученые имеют возможность представить историю планеты, возможно когда то имевшую условия для возникновения и поддержания органической жизни.

Создание этой истории, элемент за элементом, на расстоянии равным примерно 225 миллионов километров является кропотливым процессом. Но ученые не из тех, кто легко сдается. Орбитальные аппараты и марсоходы на Марсе подтвердили, что когда-то на планете была жидкая вода, благодаря подсказкам в виде сухих русел рек, древних береговых линий и химии соленой поверхности. Используя марсоход НАСА Curiosity, ученые нашли доказательства существования древних озер. Они также исследовали органические соединения или химические составные элементы, необходимые для возникновения жизни. Сочетание жидкой воды и органических соединений вынуждает ученых продолжать поиски прошлой или настоящей жизни на Марсе.

Несмотря на соблазнительные доказательства, открытые в настоящее время, понимание учеными марсианской истории все еще развивается, с несколькими основными вопросами, открытыми для обсуждения. С одной стороны, была ли древняя марсианская атмосфера достаточно плотной, чтобы поддерживать планету теплой и влажной в течение времени, необходимого для возникновения органической жизни на планете? А органические соединения: они признаки жизни или химические реакции, происходящие когда марсианская горная порода взаимодействуют с водой и солнечным светом?

В недавнем отчете Nature Astronomy о многолетнем эксперименте, проведенном в химической лаборатории на марсоходе Curiosity под названием «Анализ образцов на Марсе» (SAM), группа ученых предлагает взять во внимание некоторые идеи, чтобы помочь ответить на эти вопросы. Команда обнаружила, что некоторые минералы в скалах в кратере Гейл могли образоваться в покрытом льдом озере. Эти минералы могли образоваться во время холодной стадии, “зажатой” между более теплыми периодами, или после того, как Марс потерял большую часть своей атмосферы и стал постоянно охлаждаться.

Гейл – кратер размером с Коннектикут и Род-Айленд вместе взятые. Он был выбран в качестве места посадки Curiosity в 2012 году из-за признаков нахождения здесь в прошлом воды в жидком виде, а также присутствие глинистых минералов, помогающие собирать и сохранять древние органические молекулы. Действительно, исследуя основание горы в центре кратера, называемой горой Шарп, мрасоход обнаружил слой отложений толщиной 304 метра, отложенный в виде грязи в древних озерах. Некоторые ученые говорят, что для образования такого большого количества осадков в этих озерах нужно невероятное количество воды в течение миллионов или десятков миллионов лет при теплом и влажном климате. Но некоторые геологические особенности в кратере также намекают на прошлое, которое включало холодные и ледяные периоды.

«В какой-то момент на поверхности Марса произошел переход от теплого и влажного климата к сухому и холодному, что мы наблюдаем сейчас, но когда именно и как это произошло, до сих пор остается загадкой», – говорит Хизер Франц, геохимик из НАСА, базирущийся в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.

Франц, которая руководила исследованием SAM, отмечает, что такие факторы, как изменения в наклоне оси Марса и уровень вулканической деятельности, могли привести к тому, что климат планеты со временем чередовался между теплом и холодом. Эта идея подтверждается химическими и минералогическими изменениями в марсианских породах, показывающими, что некоторые слои образовывались в более холодных средах, а другие – в более теплых.

В любом случае, говорит Франц, объем данных, собранных Curiosity, позволяет считать основательным предположение об изменениях климата Марса в прошлом, записанное в породах.

Углерод и кислород в истории марсианского климата

Команда Франц нашла доказательства существования холодной древней среды после того, как лаборатория SAM извлекла углекислый газ, или CO2, и кислород из 13 образцов пыли и горных пород. Марсоход собирал эти образцы в течение пяти земных лет.

CO2 – это молекула, состоящая из одного атома углерода, связанного с двумя атомами кислорода, причем углерод служит ключевым свидетелем в загадочном марсианском климате. Фактически, этот простой, но универсальный элемент столь же важен, как и вода, для поисках жизни где то еще. На Земле углерод непрерывно смешивается с воздухом, водой и поверхностью в хорошо понятном цикле, зависящий напрямую от органической от жизни. Например, растения поглощают углерод из атмосферы в форме CO2 . В свою очередь, они производят кислород, который люди и большинство других форм жизни используют для дыхания и в процессе, который заканчивается выпуском углерода обратно в воздух, снова образуется CO2. Или поступает в земную кору, когда жизнь умирает.

Ученые считают, что на Марсе также существует углеродный цикл, и они работают над его пониманием. Из-за небольшого количества воды на Красной планете в течение по крайней мере последних 3 миллиардов лет углеродный цикл сильно отличается от земного.

«Тем не менее, круговорот углерода все еще происходит, и он все еще важен, потому что он не только помогает раскрыть информацию о древнем климате Марса», – говорит Пол Махаффи, главный исследователь SAM и директор Отдела исследования солнечной системы НАСА Годдард. «Это также показывает нам, что Марс – это динамичная планета, циркулирующая химический состав, являющийся строительными элементами жизни в нашем понимании».

Газовая среда как основание возникновения холодного периода

После того, как Curiosity собирал образцы породы и пыли, лаборатория разогревала каждый до почти 900 градусов по Цельсию, чтобы высвободить газы внутри. Изучая температуру, в которой выделяются CO2 и кислород, ученые могли определить, из каких минералов выделяются газы. Этот тип информации помогает понять движение углерода на Марсе.

Разные исследования показали, что древняя атмосфера Марса, содержащая в основном CO2, возможно, была плотнее атмосферы Земли сегодня. Её большая часть была потеряна и высвобождена в космос, но некоторые записи об этом могут храниться в скалах на поверхности планеты, особенно в форме карбонатов, представляющих собой минералы, созданные из углерода и кислорода. На Земле карбонаты образуются, когда CO2 из воздуха поглощается в океан или других водоемах, а затем минерализуется в горных породах. Ученые считают, что тот же процесс происходил на Марсе и что он может помочь объяснить, что вдруг произошло с марсианской атмосферой.

Тем не менее, экспедиции на Марс не нашли достаточно таких минералов на поверхности планеты, чтобы предполагать о существовании в прошлом плотной атмосферы.

Тем не менее, те немногие карбонаты, обнаруженные SAM, открыли весьма интересное в марсианском климате благодаря хранящимся в них изотопам углерода и кислорода. Изотопы – это версии каждого элемента, которые имеют разные массы. Поскольку различные химические процессы, от формирования породы до биологической активности, используют эти изотопы в разных пропорциях, отношения тяжелых и легких изотопов в породе дают ученым ключи к пониманию того, как образовалась порода.

Ученые заметили, что в некоторых найденных карбонатах изотопы кислорода были легче, чем в атмосфере Марса. Это говорит о том, что карбонаты давно не образовывались просто из атмосферного CO2, абсорбированного в озеро. В противном случае изотопы кислорода в скалах были бы немного тяжелее, чем в воздухе.

Возможно, что карбонаты образовались очень рано в истории Марса, когда состав атмосферы немного отличался от сегодняшнего, Франц и ее коллеги предполагают, что карбонаты, скорее всего, образовались в замерзшем озере. В этом сценарии лед мог бы всасывать тяжелые изотопы кислорода и оставлять самые легкие из них, чтобы позже образовывать карбонаты. Другие ученые, курирующие исследования марсохода Curiosity, также представили доказательства того, что покрытые льдом озера могли существовать в кратере Гейл.

Так где же весь углерод?

Ученые утверждают, что низкое содержание карбонатов на Марсе вызывает недоумение. Если в кратере Гейл не так много этих минералов, возможно, ранняя атмосфера была тоньше, чем предполагалось. Или, может быть, что-то еще хранит недостающий углерод в атмосфере.

Основываясь на своем анализе, Франц и ее коллеги предполагают, что часть углерода может находиться в других минералах, таких как оксалаты, хранящие углерод и кислород в структуре, отличной от карбонатов. Их гипотеза основана на температурах, при которых CO2 выделялся из некоторых образцов по проводимым анализам SAM – слишком низкое для карбонатов, но только для оксалатов – и на разных соотношениях изотопов углерода и кислорода, чем ученые видели в карбонатах.

Сравнение моделей молекулы карбоната рядом с молекулой оксалата

Оксалаты – наиболее распространенный тип органических минералов, производимых растениями на Земле. Но оксалаты также могут быть получены химическим путем. Одним из способов является взаимодействие атмосферного CO2 с поверхностными минералами, водой и солнечным светом в процессе, известном как абиотический фотосинтез. Этот тип химии трудно воссоздать на Земле из-за обилия органической жизни, но команда Франца надеется провести в лаборатории абиотический фотосинтез, чтобы выяснить, действительно ли он может быть ответственным за химию углерода, которую они видят в кратере Гейла.

На Земле абиотический фотосинтез мог проложить путь фотосинтезу некоторым первым микроскопическим формам жизни, поэтому его обнаружение на других планетах так интересует астробиологов.

Даже если выяснится, что абиотический фотосинтез заблокировал часть углерода из атмосферы в скалах в кратере Гейл, Франц и ее коллеги хотели бы изучить почву и пыль в других частях Марса, чтобы понять, отражают ли их результаты в кратере Гейл глобальную картину. Однажды, они получат еще один шанс это сделать. Марсоход НАСА «Perseverance», который должен быть запущен на Марс в период с июля по август 2020 года, планирует собрать образцы в кратере Джезеро с учетом возможного возвращения в лабораторию на Земле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Информационно- новостной портал