Марсохід НАСА «Сuriosity» сів на поверхню Червоної планети ще 6 серпня 2012 р. і відтоді мандрує кратером Ґейла, збираючи дослідні зразки та відправляючи на Землю результати їх аналізу для інтерпретації. Одним із найцікавіших досліджень, які виконав марсохід, став аналіз ізотопів вуглецю у зразках донних відкладень, взятих із півдюжини місць на поверхні Марсу. Вчені мають три правдоподібні пояснення походження цього вуглецю – космічний пил, розкладання вуглекислого газу або біологічного метану ультрафіолетовими променями. Підтвердження цих гіпотез матиме важливе значення для розуміння геологічної історії Червоної планети та проблеми існування життя на ній.
Ровер «Curiosity» на Марсі. Credit: © Paopano / stock.adobe.com
У статті, опублікованій 17 січня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, вчені стверджують, що «усі названі сценарії нетрадиційні, на відміну від процесів, що відбувались на Землі».
Вуглець має два стабільні ізотопи – 12 і 13. Аналізуючи кількість кожного з них у речовині, науковці можуть визначити особливості вуглецевого циклу – кругообігу цього хімічного елемента у природі, причому навіть тоді, якщо він відбувався дуже давно (мільярди років тому).
«Кількість ізотопів вуглецю 12 і 13 у Сонячній системі залишається незмінною з часу її формування, – каже Крістофер Хаус, професор геолого-геофізичних досліджень Пенсільванського університету у Філадельфії (США). – Обидва існують практично у всьому, але оскільки вуглець-12 вступає у реакції раніше, ніж вуглець-13, аналіз відносної кількості обох ізотопів у дослідних зразках може пролити світло на вуглецевий цикл».
Марсохід «Curiosity», яким управляє Лабораторія реактивного руху НАСА у Південній Каліфорнії, провів дев’ять років, вивчаючи область кратера Ґейла, де зразки стародавньої марсіанської породи вийшли на поверхню. Марсохід пробурив їхню поверхню і добув зразки глибших осадових шарів. Далі він провів безкисневе нагрівання цих зразків, щоби виявити їхні основні хімічні складники. Спектрографічний виявив широкий діапазон ізотопів вуглецю-12 і 13, залежно від того, де утворився той чи той зразок. Окремі зразки були бідні на вуглець-13, тоді як інші, навпаки, збагачені ним.
«Зразки, бідні на цей ізотоп, нагадують зразки з Австралії, взяті з осадових відкладень віком 2,7 млрд років, – розповідає Хаус. – Ці зразки утворились під дією біологічної активності, коли стародавні мікробні мати поглинали атмосферний метан. Проте ми не можемо сказати, що аналогічні процеси відбувались і на Марсі, оскільки ця планета, можливо, сформувалась з інших матеріалів і під дією інших процесів, ніж Земля».
Щоб пояснити походження цих зразків, дослідники висунули три основні гіпотези: хмара космічного пилу, ультрафіолетове випромінювання, що руйнує вуглекислий газ, або ультрафіолетове розкладання біологічного метану.
Як стверджує Хаус, кожні кількасот мільйонів років Сонячна система проходить крізь галактичну пилову хмару. «Таке проходження, щоправда, не залишає на поверхні багато пилу. Важко знайти якісь його сліди на Землі», – каже науковець.
Щоб утворився такий шар, пробу якого взяв «Curiosity», хмара галактичного пилу спершу мала знизити температуру на Марсі, на якому тоді ще існувала вода, утворивши льодовики. Пил повинен був осісти на льодовику і залишитись на поверхні Червоної планети вже після його танення у вигляді тонкого шару, що містить вуглець.
Існують обмежені докази, що у кратері Ґейла в далекому минулому існував льодовик. За словами науковців, «це пояснення правдоподібне, але потребує додаткових доказів».
Другим можливим поясненням походження бідних на вуглець-13 зразків є перетворення вуглекислого газу в органічні сполуки, такі як формальдегід, під дією ультрафіолетового випромінювання.
«Деякі наукові публікації підтверджують, що УФ-випромінювання може викликати такий тип фракціонування, – стверджує Хаус. – Нам, однак, потрібно більше експериментальних результатів, які б довели, що ці реакції можуть відбуватися у настільки великих масштабах».
Згідно з третім пояснення, ці зразки можуть мати біологічне походження. Зокрема, бідні на вуглець-13 сигнатури палеоповерхні Землі походять від життєдіяльності бактерій, які споживали метан. На стародавньому Марсі були значні викиди природного метану з розломів на його поверхні. Цей метан, отже, могли переробляти древні марсіанські бактерії або ж він міг вступати в реакцію з УФ-випромінюванням і випадати на поверхню як осад.
«Усі три гіпотези вказують на незвичайний вуглецевий цикл, який не схожий на будь-що на Землі, – каже Хаус. – Але потрібно зібрати більше даних, щоб з’ясувати, яка з них правдоподібніша. Було б непогано, якби марсохід міг виявити метанові шлейфи і встановити вміст у них ізотопів вуглецю. Але хоча на Марсі є такі шлейфи, більшість із них відносно невеликі, і поки жодний зонд не взяв із них достатньо зразків, щоби встановити їхній ізотопний склад».
Newly discovered carbon may yield clues to ancient Mars
ScienceDaily, 17/01/2022
Зреферував Є. Л.
23.01.2022