Марсохід NASA Curiosity, що досліджує нині кратер Гейла на Марсі, надає нові подробиці про те, як стародавній марсіанський клімат перетворився з потенційно придатного для життя — з доказами широкого поширення рідкої води на поверхні — на поверхню, негостинну для земного життя, яким ми його знаємо.
Попри те, що сьогодні поверхня Марса холодна і ворожа для життя, дослідники NASA за допомогою роботів шукають підказки, чи могла вона підтримувати життя в далекому минулому. Дослідники використовували прилади на борту марсохода Curiosity для вимірювання ізотопного складу багатих на вуглець мінералів (карбонатів), знайдених у кратері Гейла, і отримали нові відомості про те, як трансформувався стародавній клімат Червоної планети.
«Ізотопні показники цих карбонатів вказують на екстремальні обсяги випаровування, що дає змогу припустити, що вони, найімовірніше, утворилися в кліматі, який міг підтримувати тільки перехідну рідку воду», — каже Девід Бертт із Центру космічних польотів NASA імені Годдарда, провідний автор статті, яка описує це дослідження, опублікованої 7 жовтня в Proceedings of the National Academy of Sciences. «Наші зразки не відповідають стародавньому середовищу з життям (біосфері) на поверхні Марса, хоча це не виключає можливості існування підземної біосфери або біосфери на поверхні, яка розпочалася і закінчилася до утворення цих карбонатів».
Ізотопи — це різновиди одного й того самого елемента з різною атомною масою. Під час випаровування води легкі версії вуглецю і кисню найчастіше випаровуються в атмосферу, а важкі частіше залишаються, накопичуючись у великих кількостях і, в даному випадку, в кінцевому підсумку потрапляючи в карбонатні породи. Вчені зацікавлені у вивченні карбонатів через їхню доведену здатність служити кліматичним літописом. Ці мінерали можуть зберігати ознаки середовища, в якому вони утворилися, включно з температурою і кислотністю води, а також складом води і атмосфери.
У статті запропоновано два механізми утворення карбонатів, виявлених у кратері Гейла. Згідно з першим сценарієм, карбонати утворюються в результаті серії циклів «вологий-сухий». Згідно з другим, карбонати утворюються в дуже солоній воді в холодних, льодоутворювальних (кріогенних) умовах.
«Ці механізми утворення являють собою два різні кліматичні режими, які можуть мати різні сценарії населеності», — каже Дженніфер Стерн із Центру ім. Годдарда, співавтор статті. «Циклічність вологого і сухого клімату вказує на чергування більш і менш придатних для життя середовищ, тоді як кріогенні температури в середніх широтах Марса вказують на менш придатне для життя середовище, де більша частина води замкнена в кризі та недоступна для хімії або біології, а та, що є, надзвичайно солона і непридатна для життя».
Подібні кліматичні сценарії для стародавнього Марса пропонували й раніше, ґрунтуючись на присутності певних мінералів, глобальному моделюванні та ідентифікації гірських утворень. Цей результат — перший, у якому на підтримку сценаріїв наводяться ізотопні дані зі зразків гірських порід.
Значення важких ізотопів для карбонатних мінералів у марсіанських карбонатах значно вищі, ніж на Землі, і є найважчими значеннями ізотопів вуглецю і кисню, зареєстрованими для будь-яких матеріалів Марса. На думку команди, для утворення карбонатів з таким вмістом важкого вуглецю і кисню необхідний як волого-сухий, так і холодно-солоний клімат.
«Той факт, що значення ізотопів вуглецю і кисню вищі, ніж усе, що було виміряно на Землі або Марсі, вказує на те, що процес (або процеси) доведено до крайнощів», — каже Бертт. «Хоча випаровування може спричиняти значні зміни ізотопів кисню на Землі, зміни, виміряні в цьому дослідженні, були вдвічі-втричі більшими. Це означає дві речі: 1) випаровування було екстремальним і призвело до того, що ізотопи стали такими важкими, і 2) ці важкі ізотопи збереглися, тож будь-які процеси, що могли б призвести до утворення легших ізотопів, мали б бути значно меншими за величиною».
Це відкриття було зроблено за допомогою приладів Sample Analysis at Mars (SAM) і Tunable Laser Spectrometer (TLS), встановлених на борту марсохода Curiosity. SAM нагріває зразки майже до 900 градусів за Цельсієм, а TLS використовується для аналізу газів, які утворюються під час цього нагрівання.
