Наличие водорода и падения астероидов могли сделать Марс обитаемым
Новое исследование показывает, что падения астероидов на Марс в древности могли привести к наличию на нём ключевых компонентов жизни при условии, что марсианская атмосфера была в те времена богата водородом. Если это было так, то планета могла оставаться пригодной для жизни даже после того, как её атмосфера истончилась. Исследования были проведены командой учёных химической лаборатории Кьюриосити и их коллегами из других стран, в нём использовались данные от марсохода Кьюриосити, в частности его инструмента для анализа образцов (SAM).
Этими ключевыми ингредиентами являются нитриты (NO2-) и нитраты (NO3-), формы фиксированного азота, которые необходимы для возникновения и поддержания жизни на основе белков и аминокислот. Кьюриосити обнаружил их в пробах грунта и горных пород, взятых им в кратере Гейла, месте расположения древних озёр и систем подземных вод на Марсе в прошлом.
Чтобы понять, каким образом фиксированный азот осаждался в кратере, исследователи решили воссоздать раннюю марсианскую атмосферу в лаборатории на Земле. В исследовании, проведённом под руководством доктора Рафаэля Наварро-Гонсалеса и группы учёных из Института ядерных наук Национального автономного университета в Мехико, для изучения роли водорода в преобразовании азота в нитриты и нитраты под воздействием энергии от столкновений с астероидами использовалась комбинация теоретических моделей и экспериментальных данных. Статья была опубликована в январском номере журнала "Геофизические исследования: планеты" (Geophysical Research: Planets).
Для имитации высокоэнергетических ударных волн, возникающих при движении астероидов в атмосфере, учёные использовали в лаборатории импульсы инфракрасного лазерного луча. Импульсы были сосредоточены в колбе, содержащей смесь водорода, азота и углекислого газа, представляющую древнюю марсианскую атмосферу. После серий лазерных вспышек полученная смесь тщательно анализировалась для определения количества образовавшихся нитратов. Результаты оказались удивительными, если не сказать больше.
"Неожиданным сюрпризом стало то, что при включении водорода в эксперименты с лазерными импульсами, которые имитировали столкновения с астероидами, количество нитратов на выходе увеличилось, - сообщает Наварро-Гонсалес. - Это было не совсем логично, так как наличие водорода приводит к дефициту кислорода, а для образования нитратов как раз требуется кислород. Однако присутствие водорода обусловило более быстрое охлаждение нагретой лазером газовой смеси, что привело к увеличению концентрации оксида азота, предшественника нитратов, в зонах, где температура была выше".
Хотя эти эксперименты проводились в контролируемых лабораторных условиях в миллионах миль от Красной планеты, исследователи стремились смоделировать результаты, полученные ровером Кьюриосити с помощью инструмента SAM, предназначенного для забора образцов после бурения скал и камней или прямо с поверхности специальным манипулятором. Затем SAM подвергает пробы воздействию высоких температур, чтобы определить химический состав выделяющихся газов.
"SAM был первым инструментом Кьюриосити, обнаружившим нитраты на Марсе,- говорит Кристофер Маккей, соавтор работы из Исследовательского центра Эймса в Силиконовой долине. - Из-за низкого содержания азота в атмосфере нитраты являются единственной биологически полезной формой азота на Марсе. Таким образом, его присутствие в грунте имеет важное астробиологическое значение. Исследование помогает нам понять возможные источники этих нитратов".
Почему влияние водорода так воодушевляет учёных? Хотя в настоящее время поверхность Марса холодная и негостеприимная, они считают, что в прошлом планету могла согревать более плотная атмосфера, обогащенная парниковыми газами, такими как углекислый газ и водяной пар. Некоторые из климатических моделей показывают, что присутствие в атмосфере водорода, вероятно, вызвало достаточное повышение температуры для того, чтобы на поверхности существовала жидкая вода.
"Наличие большего количества водорода в качестве парникового газа в атмосфере интересно как для климатической истории Марса, так и для его обитаемости", - говорит Дженнифер Стерн, планетарный геохимик из Центра космических полётов имени Годдарда, одна из соавторов исследования. - Если можно найти связь между двумя факторами, которые благоприятны для обитаемости - потенциально более тёплый климат с жидкой водой на поверхности и увеличение образования нитратов, которые необходимы для развития жизни, - это очень увлекательно. Результаты исследований показывают, что эти два важные для жизни фактора сочетаются друг с другом, и один усиливает действие другого".
Несмотря на то, что состав ранней марсианской атмосферы фактически неизвестен, эти результаты помогут собрать больше деталей для решения климатической головоломки.