Обитаем ли Марс: новый взгляд на эксперименты «Викингов»

Исследователи попытались определить, с какой средой столкнулись космические аппараты и можно ли надеяться на то, что в такой среде имеет смысл искать следы древней жизни.

Почти 40 лет назад два американских аппарата взяли пробы марсианского грунта и попытались найти в них следы микроорганизмов. Результаты оказались по меньшей мере неоднозначными. Споры о том, что же в действительности обнаружили «Викинги», не утихают до сих пор.

На этот раз исследователи пошли несколько иным путём. Вместо вопроса о жизни на Марсе сотрудников Института SETI и их коллег больше интересовали характеристики окружающей среды, выявленные «Викингами». Полученные результаты говорят о том, что на поверхности планеты не только имеются перхлораты, найденные аппаратами, но также должны быть связанные с ними высокоактивные соединения, которые способны разлагать органику при низких температурах, что объясняет результаты биологических экспериментов «Викингов».

Пригодна ли такая среда для жизни? Ведущий автор исследования Ричард Квинн отмечает, что корректнее ставить вопрос так: насколько хорошо на Марсе сохраняются следы древних биоподписей (химические признаки жизни)? По его словам, акценты стали смещаться ещё в 2009 году — после того как были опубликованы результаты работы станции «Феникс», которая обнаружила перхлораты на северном полюсе планеты.

«Мы постоянно возвращаемся к "Викингам", потому что добытые ими данные так и не получили объяснения, — говорит г-н Квинн. — Благодаря "Фениксу" научная дискуссия пошла в новом направлении: от супероксидов и пероксидов она сдвинулась в сторону химии, основанной на хлоре и оксидах хлора».

Непосвящённый не увидит в этом никакой разницы, но указанное изменение научного фокуса дало, по словам учёного, совершенно иную оценку того, насколько пригоден для жизни марсианский грунт.

«Судя по тому, что мы знаем о жизни в экстремальных условиях, можно с уверенностью утверждать: мы изучаем среду, которая в древности могла быть обитаемой, — подчёркивает г-н Квинн. — Открытие перхлоратов намекает на то, каким образом поверхность Марса развивалась сравнительно недавно. Вопрос заключается в её способности сохранять биоподписи, а не в её обитаемости в древние времена».
Модуль MECA (Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer) на посадочном модуле «Феникс» после добычи образца марсианского грунта, содержавшего перхлораты. Справа — инструмент для химического анализа растворённых в воде образцов грунта Wet Chemical Laboratory: четыре ячейки с вводными воронками. (Изображение NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.)

Итак, в 1976 году на Красную планету прибыли «Викинги». НАСА, которое за девять лет до этого доставило человека на Луну, добилось ещё одного громкого успеха. Оба аппарата проработали намного дольше запланированного 90-дневного срока.

Сделано было немало, но в центре внимания оказались, конечно, три биологических эксперимента.

Во-первых, эксперимент по изменению газовой среды (gas exchange experiment): образец марсианского грунта был помещён внутрь станции и обработан жидким раствором, содержавшим органические и неорганические соединения. Грунт среагировал на воду и выделил кислород ещё до того, как вошёл в контакт с этим раствором. После контакта грунт разложил органику.

Во-вторых, эксперимент по внесению меченых веществ (labeled release experiment): небольшое количество земной органики смешали с образцом марсианского грунта. Эти соединения были помечены радиоактивными маркерами, чтобы можно было видеть, как микроорганизмы (если они там есть) расправятся с питательными веществами. Результатом стало выделение углекислого газа.

В-третьих, эксперимент по внесению пиролитических веществ (pyrolytic release experiment): образец марсианского грунта нагрели, после чего был зарегистрирован выход из грунта органических остатков. (Г-н Квинн занимался изучением результатов этого эксперимента раньше, поэтому в новом исследовании оставил его в стороне.)

Увидев результаты второго и третьего экспериментов, учёные сначала разволновались: ведь именно так повели бы себя земные организмы в аналогичных условиях. Однако скепсис победил, и вот почему. Во-первых, эксперимент по изменению газовой среды дал совершенно противоположные результаты: вместо присутствия микроорганизмов он показал наличие в грунте химически активных соединений — окислителей. Во-вторых, органический анализ, проведённый «Викингами» (organic analysis experiment), не обнаружил никаких органических соединений марсианского происхождения. К тому же было решено, что высокий уровень солнечного УФ-излучения, скорее всего, сделал поверхность планеты стерильной и непригодной для жизни.

За прошедшие с тех пор десятилетия понимание Марса изменилось неимоверно. Например, были открыты шапки водного льда на полюсах и следы, оставленные потоками воды в далёком прошлом. Кроме того, появились новые технологии, способные обнаруживать более мелкий материал, чем то было возможно в 1970-х.

В 2006 году сотрудники Национального автономного университета Мексики и их коллеги воспроизвели те эксперименты в нескольких средах на Земле, которые считаются похожими на марсианские (например, в чилийской пустыне), и обнаружили в результатах органические соединения, содержащие хлор. В 2010 году упомянутое выше исследование г-на Квинна (он, кстати, подвизается ещё и в Исследовательском центре НАСА им. Эймса) показало, что органика распадается на хлорметан и дихлорметан при нагревании в присутствии перхлората.

На этот раз г-н Квинн и его коллеги взяли перхлораты и поместили их в условия искусственно воссозданной марсианской атмосферы. Образцы подвергли гамма-излучению: тонкая атмосфера Красной планеты не способна оградить поверхность от высокоэнергетических частиц.

«Перхлораты — широко распространённые соединения, — отмечает г-н Квинн. — Например, они используются в ракетном топливе. Они могут быть очень сильными реагентами или очень сильными окислителями, но для этого их надо нагреть. Надо преодолеть энергетический барьер, чтобы активировать перхлораты. Одних перхлоратов недостаточно, чтобы объяснить биологические эксперименты "Викингов", потому что при низкой температуре перхлораты неактивны».

Воспроизводя условия эксперимента по изменению газовой среды, исследователи смогли получить выделение кислорода с помощью перхлоратов, повреждённых радиацией. Результаты эксперимента по внесению меченых веществ тоже удалось повторить и получить углекислый газ.

По словам г-на Квинна, ионизирующее излучение позволило разложить перхлораты на более химически активные соединения: оксихлориды, газообразный кислород, диоксид хлора и гипохлориты.

«Викинги» не могли зарегистрировать разложение перхлоратов, поскольку в естественных условиях на это уходят многие тысячи лет. Но их эксперименты позволили определить действие продуктов разложения перхлоратов. В присутствии влаги эти соединения выделяют кислород и разлагают органику, что и произошло в эксперименте по внесению меченых веществ.

Ричард Квинн убеждён, что о перхлоратах мы ещё услышим: марсоход Curiosity анализирует их с помощью бортовой лаборатории Sample Analysis on Mars (SAM). Следующий ровер НАСА, который начнёт работу в 2020 году, сосредоточится на поиске образцов, подходящих для доставки на Землю, и учёный полагает, что перхлораты едва ли окажутся в центре внимания этой миссии, но с ними можно будет разобраться потом, на Земле.

Европейское космическое агентство планирует запустить свой первый марсоход ExoMars в 2018 году. Он будет оборудован масс-спектрометром с лазерной десорбцией: образцы грунта подвергнут обработке УФ-излучения в поисках органики. Таким образом тоже можно обнаруживать перхлораты: лазер заставит их реагировать с органикой в грунте и приведёт к образованию органических веществ, содержащих хлор, которые затем выявит масс-спектрометрия...

Результаты исследования опубликованы в журнале Astrobiology.

Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine.