Curiosity нашел доказательства озер на древнем Марсе

Изучая химические элементы на Марсе, ученые могут увидеть прошлое и собрать воедино историю планеты, на которой когда-то были условия, необходимые для поддержания жизни.

Создание этой истории, элемент за элементом, на расстоянии примерно 225 миллионов километров крайне кропотливый процесс. Орбитальные аппараты и марсоходы на Красной планете подтвердили, что когда-то на планете была жидкая вода, благодаря подсказкам, среди которых сухие русла рек, древние береговые линии и химия соленой поверхности. Используя Curiosity, ученые нашли доказательства долгоживущих озер. Они также выкопали органические соединения. Сочетание жидкой воды и органических соединений вынуждает ученых продолжать искать на Марсе признаки прошлой или настоящей жизни.

Несмотря на интригующие доказательства, найденные ранее, ученые всё ещё раскрывают подробности марсианской истории, задаваясь несколькими основными вопросами, открытыми для обсуждения. С одной стороны, была ли древняя марсианская атмосфера достаточно толстой, чтобы поддерживать тепло на планете и влажность в течение времени, необходимого для прорастания и питания жизни? И органические соединения: они признаки жизни или химии, которая происходит, когда марсианские камни взаимодействуют с водой и солнечным светом?

В многолетнем эксперименте, проведенном в химической лаборатории Curiosity SAM, группа ученых предлагает некоторые идеи, чтобы помочь ответить на эти вопросы. Команда обнаружила, что некоторые минералы в скалах кратера Гейл могли образоваться в покрытом льдом озере. Эти минералы могли образоваться во время холодного периода, зажатого между более теплыми, или после того, как Марс потерял большую часть своей атмосферы и стал охлаждаться.

Кратер Гейл был выбран в качестве места посадки Curiosity, потому что у него были признаки воды в прошлом, в том числе глинистые минералы, улавливающие и сохраняющие древние органические молекулы. Исследуя основание горы Шарп в центре кратера, Curiosity обнаружил слой отложений толщиной 1000 футов (304 метра) в виде грязи древних озерах. Некоторые ученые говорят, что для образования такого большого количества осадков в эти озера стекало невероятное количество воды в течение миллионов или десятков миллионов теплых и влажных лет. Но некоторые геологические особенности в кратере также намекают на холодное, ледяное прошлое.

«В какой-то момент на поверхности планеты произошел переход от теплого и влажного Марса к холодному и сухому, но когда именно и как это произошло, до сих пор остается загадкой», - говорит Хизер Франц, геохимик из НАСА.

Франц руководит исследованием SAM и отмечает, что такие факторы, как изменения в наклоне Марса и уровень вулканической активности, могли привести к тому, что климат Марса со временем будет чередоваться между теплом и холодом. Эта идея подтверждается химическими и минералогическими изменениями в марсианских породах, показывающими, что некоторые слои образовывались в более холодных средах, а другие - в более теплых.

Массив данных, собранных Curiosity, позволяет предположить, что команда видит доказательства изменения климата в Марсе, записанные в породах.

Команда Франц нашла доказательства существования холодной озера в древности после того, как лаборатория SAM извлекла углекислый газ (CO2) и кислород из 13 образцов пыли и горных пород. Curiosity собрал эти образцы в течение 5 земных лет.

В лаборатории SAM разогревала каждый образец до почти 900 градусов по Цельсию, чтобы освободить газы внутри. Глядя на температуру в печи, при которой выделяются CO2 и кислород, ученые могли определить, из каких минералов поступают газы.

Различные исследования показали, что древняя атмосфера Марса, содержащая в основном СО2 была толще, чем земная сегодня. Большая его часть была унесена в космос, но остальное может храниться в скалах на поверхности планеты, особенно в форме карбонатов (минералы из углерода и кислорода). На Земле карбонаты образуются, когда CO2 из воздуха поглощается в океанах и других водоемах, а затем минерализуется в горные породы. Ученые считают, что тот же процесс произошел на Марсе и что он может помочь объяснить, что произошло с какой-то марсианской атмосферой.

Миссии на Марсе не нашли достаточно карбонатов на поверхности для поддержания плотной атмосферы. Те немногие карбонаты, которые обнаружил SAM, открыли что-то интересное в марсианском климате благодаря хранящимся в них изотопам углерода и кислорода. Изотопы - это версии каждого элемента, имеющие разные массы. Поскольку различные химические процессы, от формирования породы до биологической активности, используют эти изотопы в разных пропорциях, отношение тяжелых и легких изотопов в породе дает ученым ключи к пониманию образования породы.

Ученые заметили, что в некоторых найденных SAM карбонатах изотопы кислорода были легче, чем в атмосфере Марса. Это говорит о том, что карбонаты давно не образовывались просто из атмосферного CO2, поглощенного озером. Если бы они были, изотопы кислорода в скалах были бы немного тяжелее, чем в воздухе.

Возможно, что карбонаты образовались очень рано в истории Марса, когда состав атмосферы немного отличался от сегодняшнего, но ученые предполагают, что карбонаты, скорее всего, образовались в замерзшем озере. В этом сценарии лед мог бы всасывать тяжелые изотопы кислорода и оставлять самые легкие, чтобы позже образовать карбонаты.