Спустя шесть лет с начала работ в Кратере Гейла на марсианской поверхности, марсоход «Кьюриосити» (Curiosity) сделал, пожалуй, важнейшее открытие в поисках признаков жизни: скалистая поверхность красной планеты кишит органическими молекулами, и время от времени в ее разреженную атмосферу даже просачивается газ метан — простейшая из органических молекул. Для сравнения: на Земле углеродистые вещества служат основой жизни.
Оба открытия были сделаны в ходе анализа образцов, собранных «Кьюриосити». В SAM, миниатюрной химической лаборатории марсохода, также называемой «печью», крошечные фрагменты воздуха, камня и почвы «поджариваются» для изучения на молекулярном уровне. Так, в образцах древнего аргиллита было обнаружено большое многообразие органических молекул. В другом исследовании, длившемся ни много ни мало пять лет, были обнаружены регулярно колебания метана в марсианской атмосфере. Пик выбросов пришелся на марсианское лето. Результаты были опубликованны в журнале «Сайенс» (Science).
Однако как бы они ни будоражили воображение, выводы о прошлой, настоящей и будущей жизни на Марсе пока не окончательные — в атмосфере газовых гигантов метан встречается повсеместно. И это отнюдь не говорит о наличии жизни: метан образуется из банального взаимодействия между проточной водой и нагретыми камнями. К тому же известно, что другие простые органические молекулы встречаются в составе некоторых метеоритов и межзвездных газовых облаков. «Научно доказать наличие жизни на Марсе — чрезвычайно сложно. Для этого придется буквально предъявить фотографию ископаемого», — отмечает Крис Вебстер (Chris Webster), химик Лаборатории реактивного движения и ведущий автор метанового исследования.
Куда делся марсианский углерод?
Само наличие на Марсе органических молекул неудивительно. Как и любая другая планета нашей Солнечной системы, Марс регулярно принимает свою порцию богатых углеродом микрометеоритных дождей и космической пыли. Однако высадившиеся в 1976 году на красной планете космические аппараты НАСА «Викинг» сделали сенсационное открытие: оказалось, что в марсианской почве углерода даже меньше, чем в безжизненных лунных скалах. «Это стало большой неожиданностью, — объясняет астробиолог Каролин Фрессине (Caroline Freissinet), соавтор аргиллитового исследования „Кьюриосити" и сотрудник Лаборатории атмосферных и космических исследований во Франции. — К сожалению, это привело к тому, что всю марсианскую программу свернули».
С тех самых пор ученые ревностно ищут на Марсе углерод — или, по крайней мере, бьются над объяснением, почему он никак не находится. Ключевая догадка появилась в 2008 году, когда посадочный аппарат НАСА «Феникс» обнаружил в образцах почвы, взятых вблизи северного полюса Марса, соли перхлоратов — высокореактивных молекул, содержащих хлор. В сочетании с ярким ультрафиолетовым светом и космическими лучами из космоса, перхлораты разрушают всякую органическую материю на поверхности, не оставляя улик даже для чутких датчиков марсоходов. Возможно, предположили некоторые исследователи, остаточная органика Марса — а, значит, и любые признаки прошлой или настоящей жизни — таятся в его глубинах.
В 2015 году, однако, «Кьюриосити» вплотную подошел к доказательствам существования органических молекул на Марсе, когда, нагрев в «печи» образцы почвы до 800 градусов по Цельсию, обнаружил следы загрязненных хлором углеродистых соединений. Однако еще в самом начале марсианской миссии ученые обнаружили утечку углеродосодержащих химических реагентов из ряда компонентов самой «печи», что и могло привести к загрязнению образцов. Для борьбы с загрязнением команда «Кьюриосити» сосредоточилась на поиске других образцов хлоросодержащей органики, параллельно снизив температуру «печи» — во время последующих пробегов она нагревалась лишь до 400 градусов.
Перед тем, как приступать к новой задаче, команда убедилась, что на сей раз ничего не упустили. Перепроверив уровень фонового загрязнения, Фрессине и ее коллеги «испекли» образцы аргиллитов, насчитывающие три миллиарда лет, при температуре 500 градусов Цельсия — перхлораты при ней полностью сгорают. В пепле были обнаружены тиофены — сравнительно небольшие и простые кольцеобразные молекулы, содержащие как углерод, так и серу. Последняя, по-видимому, происходит из богатого серой минерала под названием ярозит. Ранее «Кьюриосити» обнаружил его отложения возрастом в 3,5 миллиарда лет в Кратере Гейла — по всей видимости, они сформировались еще в то время, когда в еще не остывшем кратере была вода, и он был пригоден для жизни. Ученые подозревают, что содержащийся в тиофене углерод поступает еще и из пока не установленных, но более крупных молекул, сохранившихся внутри ярозита в течение миллиардов лет.
Несмотря на всю противоречивость открытия, Джордж Коди (George Cody), геохимик при Институте науки Карнеги, в исследовании не участвовавший, считает, что это гигантский шаг вперед. Присутствие этих более крупных молекул, считает он, говорит о наличии хорошо сохранившихся месторождений углерода, спрятанных под марсианской поверхностью. Такие перспективы, считает он, подводят научную базу под грядущие миссии по сбору образцов и возвращении их на Землю. «Если это можно провернуть на Марсе, только представьте, чего можно добиться в земных лабораториях», — говорит он.
Времена года и колебания метана
Тем временем, марсоход «Кьюриосити» произвел важнейшие, по словам Вебстера, измерения метана за всю историю. Этот углеродосодержащий газ имеет принципиальное значение, потому что большинство земного метана производится метаногенными микробами, выживающими даже в бедной кислородом среде. Кроме того, метан быстро разрушается ультрафиолетовым излучением, поэтому любая находка на Марсе, вероятнее всего, «свежая» — газ был выпущен лишь недавно. Используя «печь», Вебстер и его коллеги обнаружили в атмосфере над Кратером Гейла устойчивый фоновый уровень метана. В течение последних пяти лет он составлял примерно 0.4 частицы на миллиард. И хотя это количество едва обнаружимо, астробиологи им уже заинтересовались. Примечательно, что уровень метана колеблется вместе с марсианскими временами года: солнечным летом его содержание в три раза выше, чем холодной и темной зимой.
Для Вебстера эта периодичность — пожалуй, самое захватывающее из открытий. Раньше на Марсе обнаруживались лишь свидетельства случайных, но не ежесезонных выбросов. «Представьте себе, что у вас барахлит авто. Пока проблема не повторится, вы так и не установите, что не так», — объясняет Вебстер. Он и его коллеги предполагают, что метан может происходить из водоносных слоев глубинного залегания: летом они расплавляются, вода высвобождается и образуется свежий газ. По другой версии, вещества эти древние и образовались они миллиарды лет назад в ходе различных геологических и биологических процессов. Затем они застыли в матрицах льда и скал и выделяются лишь при размораживании, от солнечного света. Ну и, наконец, остается вероятность, что марсианские метаногены дремлют в недрах планеты и по сей день, периодически пробуждаясь и производя на свет характерный газ, по которому их и можно опознать.
Другие ученые, в исследовании участия не предпринимавшие, значимость результатов для поисков жизни на Марсе оценивают неоднозначно. Майкл Мумма (Michael Mumma), астробиолог из Центра космических полетов Годдарда, говорит, что измерения крайне важны, поскольку дают непосредственные доказательства его собственных наблюдений. Ранее он писал о марсианских выбросах метана, которые обнаружил при помощи земных телескопов — хотя ученые круги его открытие приняли с недоверием.
Планетолог же Марк Фриз (Marc Fries), курирующий сбор космической пыли в Космическом центре Линдона Джонсона, к недавним открытиям «Кьюриосити» отнесся скептически. По его словам, источником заявленных количеств метана могут быть богатые углеродом метеориты и космическая пыль, попадающая в марсианскую атмосферу. Он также подчеркивает, что сезонная периодичность не полностью соответствует марсианским временам года. «Строгий, научно обоснованный подход, основанный на имеющихся доказательствах, исходит из того, что Марс всегда был и остается безжизненным, — отмечает Фриз. — Даже для выдвижения обратной гипотезы требуются веские доказательства». Вскоре эта гипотеза сможет быть проверена данными совместной миссии ЕС и России «Экзомарс Трейс Газ Орбитер». Этот космический аппарат вращается на марсианской орбите с 2016 года и отображает концентрации метана и других газов с высоты.
Вебстер, в свою очередь, говорит, что ни одному из возможных объяснений не отдается предпочтений до тех пор, пока не будут сделаны окончательные выводы. В постепенном движении вперед и заключается подход НАСА к исследованию Марса, отмечает Фрессине: «Шаг за шагом, миссия за миссией».
