Марсоход НАСА Curiosity измеряет интригующую углеродную сигнатуру на Марсе


Этот тип углерода связан с биологическими процессами на Земле. Ученые Curiosity предлагают несколько объяснений необычным сигналам углерода.

После анализа образцов порошкообразных пород, собранных с поверхности Марса марсоходом НАСА Curiosity, ученые заявили, что некоторые из образцов богаты углеродом, который на Земле связан с биологическими процессами.

Облака над Мон-Мерку: Марсоход НАСА Curiosity запечатлел эти облака сразу после захода солнца 19 марта 2021 года, на 3 063-й марсианский день, или сол, миссии марсохода. Изображение состоит из 21 отдельного снимка, сшитого вместе и скорректированного по цвету так, чтобы сцена выглядела так, как ее видит человеческий глаз.
Облака над Мон-Мерку: Марсоход НАСА Curiosity запечатлел эти облака сразу после захода солнца 19 марта 2021 года, на 3 063-й марсианский день, или сол, миссии марсохода. Изображение состоит из 21 отдельного снимка, сшитого вместе и скорректированного по цвету так, чтобы сцена выглядела так, как ее видит человеческий глаз.
E1 PIA25045 Highfield Drill Hole
Отверстие Хайфилда: На этом снимке показано отверстие Хайфилда, сделанное марсоходом НАСА Curiosity во время сбора образцов на “хребте Веры Рубин” в кратере Гейл.

Хотя находка интригует, она не обязательно указывает на наличие древней жизни на Марсе, поскольку ученые еще не нашли убедительных подтверждающих свидетельств древней или нынешней биологии на Марсе, таких как осадочные породы, образованные древними бактериями, или разнообразие сложных органических молекул, образованных жизнью.

“Мы находим на Марсе дразняще интересные вещи, но нам нужно больше доказательств, чтобы сказать, что мы обнаружили жизнь”, – сказал Пол Махаффи, который был главным исследователем химической лаборатории Sample Analysis at Mars (SAM) на борту Curiosity до ухода на пенсию из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, в декабре 2021 года. “Поэтому мы смотрим, что еще могло вызвать появление углеродной подписи, если не жизнь”.

В докладе о своих выводах, который будет опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 18 января, ученые Curiosity предлагают несколько объяснений необычных сигналов углерода, которые они обнаружили. Их гипотезы частично основаны на углеродных сигналах на Земле, но ученые предупреждают, что эти две планеты настолько разные, что они не могут делать окончательные выводы на основе земных примеров.

“Самое сложное – отбросить Землю, отбросить предвзятость, которая у нас есть, и действительно попытаться проникнуть в основы химии, физики и экологических процессов на Марсе”, – сказала астробиолог из Годдарда Дженнифер Л. Эйгенброуд, которая участвовала в исследовании углерода. Ранее Айгенброд возглавляла международную команду ученых Curiosity в обнаружении на марсианской поверхности огромного количества органических молекул – молекул, содержащих углерод.

“Нам нужно открыть свой разум и мыслить нестандартно”, – сказал Эйгенброуд, – “и это то, что делает эта статья”.

Биологическое объяснение, которое ученые Curiosity представили в своей статье, вдохновлено земной жизнью. Оно связано с древними бактериями на поверхности Земли, которые должны были произвести уникальную углеродную подпись, когда они выделяли метан в атмосферу, где ультрафиолетовый свет преобразовал бы этот газ в большие, более сложные молекулы. Эти новые молекулы попали на поверхность и теперь могут сохраниться в марсианских породах вместе со своим уникальным углеродным сигналом.

Две другие гипотезы предлагают небиологические объяснения. Согласно одной из них, углеродная подпись могла возникнуть в результате взаимодействия ультрафиолетового света с углекислым газом в марсианской атмосфере, в результате чего образовались новые углеродсодержащие молекулы, которые осели на поверхность. Другой вариант предполагает, что углерод мог остаться после редкого события сотни миллионов лет назад, когда Солнечная система проходила через гигантское молекулярное облако, богатое обнаруженным типом углерода.

“Все три объяснения соответствуют данным”, – сказал Кристофер Хаус, ученый из Curiosity, работающий в Университете штата Пенсильвания, который возглавлял исследование углерода. “Нам просто нужно больше данных, чтобы исключить их”.

Для анализа углерода на марсианской поверхности команда Хауса использовала прибор Tunable Laser Spectrometer (TLS) в лаборатории SAM. SAM нагрел 24 образца из геологически различных мест в кратере Гейла до температуры около 1500 градусов по Фаренгейту, или 850 градусов по Цельсию, чтобы высвободить находящиеся в них газы. Затем в TLS измерили изотопы некоторых восстановленных углеродов, которые высвободились в процессе нагревания. Изотопы – это атомы элемента с разной массой из-за разного количества нейтронов, и они играют важную роль в понимании химической и биологической эволюции планет.

Углерод особенно важен, поскольку этот элемент присутствует во всех живых организмах на Земле; он постоянно циркулирует в воздухе, воде и земле в цикле, который хорошо изучен благодаря изотопным измерениям.

Например, живые существа на Земле используют меньший, более легкий атом углерода-12 для метаболизма пищи или фотосинтеза в отличие от более тяжелого атома углерода-13. Таким образом, значительное превышение содержания углерода-12 над углеродом-13 в древних породах, наряду с другими свидетельствами, указывает ученым на то, что они наблюдают признаки химического процесса, связанного с жизнью. Соотношение этих двух изотопов углерода помогает ученым Земли определить тип жизни и среду, в которой она обитала.

На Марсе исследователи Curiosity обнаружили, что почти половина образцов содержит удивительно большое количество углерода-12 по сравнению с тем, что ученые измеряли в марсианской атмосфере и метеоритах. Эти образцы были взяты из пяти разных мест в кратере Гейла, сообщают исследователи, которые могут быть связаны между собой тем, что все эти места имеют хорошо сохранившиеся древние поверхности.

“На Земле процессы, которые могли бы привести к появлению углеродного сигнала, обнаруженного нами на Марсе, являются биологическими”, – сказал Хаус. “Мы должны понять, работает ли такое же объяснение для Марса, или есть другие объяснения, потому что Марс очень отличается”.

Марс уникален тем, что, возможно, 4,5 миллиарда лет назад он начинался с другого состава изотопов углерода, чем Земля. Марс меньше, холоднее, имеет более слабую гравитацию и другие газы в атмосфере. Кроме того, углерод на Марсе может быть циклическим без участия жизни.

“На Земле существует огромный кусок углеродного цикла, в котором участвует жизнь, и из-за жизни мы не можем понять кусок углеродного цикла на Земле, потому что везде, куда бы мы ни посмотрели, есть жизнь”, – сказал Эндрю Стил, исследователь Curiosity, работающий в Научном институте Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.

Взгляд Curiosity с вершины "пьедестала Гринхью": Эта мозаика была сделана из изображений, полученных мачтовой камерой на борту марсохода НАСА Curiosity на 2 729-й марсианский день, или сол, миссии. На ней изображен ландшафт песчаниковой формации Стимсон в кратере Гейл. В этом месте Curiosity пробурил Эдинбургскую скважину, образец из которой был обогащен углеродом 12.
Взгляд Curiosity с вершины “пьедестала Гринхью”: Эта мозаика была сделана из изображений, полученных мачтовой камерой на борту марсохода НАСА Curiosity на 2 729-й марсианский день, или сол, миссии. На ней изображен ландшафт песчаниковой формации Стимсон в кратере Гейл. В этом месте Curiosity пробурил Эдинбургскую скважину, образец из которой был обогащен углеродом 12.

Стил отметил, что ученые находятся на ранних стадиях понимания того, как происходит круговорот углерода на Марсе и, следовательно, как интерпретировать изотопные соотношения и небиологическую деятельность, которая может привести к таким соотношениям. Curiosity, прибывший на Красную планету в 2012 году, является первым марсоходом с инструментами для изучения изотопов углерода на поверхности. Другие миссии собирали информацию об изотопных подписях в атмосфере, а ученые измеряли соотношения в марсианских метеоритах, которые были собраны на Земле.

“Определение углеродного цикла на Марсе является абсолютно ключевым моментом в попытке понять, как жизнь может вписаться в этот цикл”, – сказал Стил. “Мы успешно справились с этой задачей на Земле, но мы только начинаем определять этот цикл на Марсе”.

Ученые Curiosity продолжат измерять изотопы углерода, чтобы узнать, получат ли они подобную сигнатуру, когда марсоход посетит другие места, предположительно хорошо сохранившиеся древние поверхности. Для дальнейшей проверки биологической гипотезы с участием микроорганизмов, вырабатывающих метан, команда Curiosity хотела бы проанализировать содержание углерода в метановом шлейфе, выброшенном с поверхности. Марсоход неожиданно столкнулся с таким шлейфом в 2019 году, но нет возможности предсказать, произойдет ли это снова. В то же время исследователи отмечают, что данное исследование дает рекомендации команде ровера НАСА Perseverance о том, какие образцы лучше всего собирать, чтобы подтвердить углеродную сигнатуру и окончательно определить, является ли она источником жизни или нет. Perseverance собирает образцы с марсианской поверхности для возможного возвращения на Землю.

Миссией Curiosity руководит Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии; JPL управляется Калтехом.


Добавить комментарий