Марсоход Curiosity обнаружил ключ к загадке марсианского климата

Данные, собранные марсоходом Curiosity на Марсе, проливают новый свет на то, как в далеком прошлом Красная планета стала непригодной для жизни из-за изменения климата, которое привело к испарению поверхностной воды или ее замораживанию.

Не так давно идея жизни на Марсе была практически данностью. В худшем случае Марс считался умирающим миром, но далеко не мертвым. Cерьезные ученые спорили о существовании каналов на Марсе и о том, были ли они ирригационными сооружениями планетарного масштаба, предназначенными для транспортировки воды с полюсов в города на экваторе.

Вплоть до 1950-х и 1960-х годов предполагалось, что на Марсе есть какая-то жизнь. Даже ученые, которые настаивали на том, что Марс — мертвый мир, все еще считали, что он, вероятно, является домом для мхов, лишайников и другой скудной растительности.

Сегодня Марс считается настолько негостеприимной для жизни планетой, что любой, кто найдет на ней хотя бы кусочек лишайника, станет претендентом на Нобелевскую премию.

Более полувека прямого исследования Марса армадой роботизированных орбитальных аппаратов и роверов подтвердили, что это мертвый мир, где если когда-то и существовала какая-то жизнь, то, скорее всего, она была не более развита, чем бактерии, вымершие два миллиарда лет назад.

Однако некоторые исследователи все еще надеются, что какие-нибудь микробы-экстремофилы могут выжить где-то в глубоко погребенном оазисе.

Что касается поверхности, то, поскольку большая часть марсианской атмосферы уже давно унесена в космос солнечными ветрами, горы и равнины Марса настолько сухие, что по сравнению с ними самая сухая пустыня Земли кажется тропическим лесом, а засушливые условия и беспощадная космическая радиация придали почве странный, разрушительный химический состав.

Однако около четырех миллиардов лет назад все было совсем по-другому. В далеком прошлом на Марсе была гораздо более плотная атмосфера и было так много воды, что образовались озера, текли реки, а треть поверхности была занята неглубоким океаном. Как долго это продолжалось и насколько это было стабильно, до сих пор неясно, но что касается жизни, то Марс был райским местом по сравнению с сегодняшним днем.

То, почему и как климат изменился так радикально, является одним из ключевых вопросов для понимания истории Марса. Последним фрагментом головоломки стали карбонаты, собранные марсоходом Curiosity в кратере Гейл размером 154 км, который образовался в результате падения метеорита 3,5–3,8 млрд лет назад.

Геология показывает, что кратер содержал воду, а это значит, что он содержит минералы, такие как глины, сульфаты и карбонаты, которые образуются во влажной среде. Они были собраны Curiosity с помощью его роботизированной руки, а затем проанализированы с помощью инструментов анализа образцов (SAM) и настраиваемого лазерного спектрометра (TLS) марсохода.

Образованные из углерода и кислорода, карбонаты особенно интересны с точки зрения климата, поскольку более тяжелые изотопы этих атомов имеют тенденцию оставаться, в то время как более легкие улетают в атмосферу по мере формирования карбонатов. Таким образом, соотношения этих изотопов формируют запись марсианского климата, которая включает температуру и кислотность воды, а также состав воды и атмосферы.

«Изотопные значения этих карбонатов указывают на экстремальные объемы испарения, предполагая, что эти карбонаты, вероятно, образовались в климате, который мог поддерживать только транзитную жидкую воду», — сказал Дэвид Бертт из Центра космических полетов имени Годдарда в НАСА. «Наши образцы не соответствуют древней среде с жизнью (биосфере) на поверхности Марса, хотя это не исключает возможности подземной биосферы или поверхностной биосферы, которая началась и закончилась до того, как образовались эти карбонаты».

По данным НАСА, изотопные соотношения указывают на два механизма, задействованных в формировании карбонатов. Один из них — это карбонаты, образующиеся в ходе серии влажных/сухих циклов, а другой — формирование в очень соленой воде в холодных условиях формирования льда в кратере Гейла. Это означает, что Марс мог пройти через цикл обитаемости и непригодности для жизни или цикл, в котором оставшаяся вода все больше запиралась во льду, а оставшаяся жидкость становилась чрезвычайно соленой до такой степени, что она была столь же враждебна для жизни, как Мертвое море. Или наиболее вероятным сценарием является комбинация этих двух вариантов.

«Тот факт, что эти значения изотопов углерода и кислорода выше, чем что-либо еще, измеренное на Земле или Марсе, указывает на то, что процесс (или процессы) доведены до крайности», — сказал Дэвид Бертт. «Хотя испарение может вызывать значительные изменения изотопов кислорода на Земле, изменения, полученные в этом исследовании, были в два-три раза больше. Это означает две вещи: 1) имело место экстремальное испарение, приведшее к тому, что эти значения изотопов стали такими тяжелыми, и 2) эти более тяжелые значения сохранились, поэтому любые процессы, которые могли бы создать более легкие значения изотопов, должны были быть значительно меньше по величине».

Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.