Curiosity измеряет общее количество органического углерода на Марсе

Данные, собранные марсоходом НАСА Curiosity, позволили точно измерить количество органического углерода в марсианском грунте. Это ключевой ингредиент для образования молекул жизни.

Curiosity приземлился на Марс 2 августа 2012 года после запуска с мыса Канаверал в ноябре 2011 года. С тех пор он исследует область кратера Гейла. Здесь он собрал несколько образцов грунта для исследования с помощью бортового прибора SAM (Sample Analysis at Mars), основная роль которого заключается в определении наличия органических соединений в анализируемом образце.

Эксперимент, начавшийся в 2014 году, потребовал нескольких лет анализа, чтобы понять полученные данные и соотнести их с другими открытиями, сделанными на кратере. Результат позволил измерить чрезвычайно важный показатель для понимания того, сколько материала доступно в марсианском грунте для пребиотической химии и биологии. Это общий органический углерод (по-английски TOC = Total Organic Carbon), который является мерой количества углерода, связанного с органическим соединением.

Ключевые ингредиенты для жизни

В списке ингредиентов, необходимых для построения жизни, мы находим органический углерод. В частности, он представляет собой атом углерода, соединенный с атомом водорода, и составляет основу органических молекул. Однако этот тип соединения не всегда является синонимом жизни. Фактически, он может происходить из определенных природных источников, таких как вулканы или метеориты, или в результате реакций на поверхности планеты.

Благодаря Curiosity было обнаружено от 200 до 273 частей на миллион этого компонента. Это количество сравнимо с тем, которое было обнаружено в среде, не очень благоприятной для жизни на Земле, например, в пустыне Атакама. Поскольку существуют доказательства того, что на Марсе миллиарды лет назад был климат, похожий на земной, исследователи считают, что если жизнь существовала, то органический углерод был одним из ключевых ингредиентов для ее развития.

Марсоход НАСА собрал образцы, использованные для анализа, из илистых пород возрастом 3,5 миллиарда лет в заливе Йеллоунайф, месте древнего озера на кратере Гейл. Кратерная грязь, в результате физической и химической эрозии вулканических пород, осела на дно озера, характерного для этого региона древней красной планеты. Вместе с ним он принес бы и органический углерод, который был заперт в илистой породе.

Для проведения измерений, необходимых для определения количества органического углерода в заливе, Curiosity использовал SAM. Это лаборатория на борту марсохода, способная анализировать химические компоненты образцов грунта, собранных на Марсе.

Нагревая материал и заставляя его реагировать с кислородом, органический углерод превращается в углекислый газ (CO2), количество которого затем измеряется. При воздействии на образец все более высоких температур органический углерод, содержащийся в образце породы, высвобождается.

Еще одна информация, которую исследователи могут получить с помощью SAM-анализа, - это соотношение изотопов углерода. Изотоп относится к атому с другим числом нейтронов, чем у исходного атома. Эта разница в количестве нейтронов приводит к разной атомной массе элемента. Среди изотопов углерода есть С-12 и С-13. Первый имеет шесть нейтронов, а второй - семь. Измерение изотопных соотношений важно для понимания источника углерода: богатое присутствие углерода-12 ассоциируется с жизнью.

Дженнифер Стерн, ведущий автор статьи, недавно опубликованной в PNAS, объясняет результат этого измерения следующим образом:

"Хотя биология не может быть полностью исключена, изотопы также не могут быть использованы для подтверждения биологического происхождения этого углерода. Этот интервал перекрывается с магматическим (вулканическим) углеродом и метеоритным органическим материалом, которые, скорее всего, являются источниками этого органического углерода."

Как будет продолжаться поиск биологических следов на Марсе?

Среди органических молекул, которые представляют собой потенциальный след жизни, есть аминокислоты. Они используются для построения белков, которые необходимы для жизни, как мы ее знаем. Хотя они тоже могут быть созданы небиологическими процессами, их обнаружение на Марсе было бы потенциальным признаком жизни на древней красной планете.

Однако на сегодняшний день не обнаружено никаких следов этих молекул, так как действие космических лучей на поверхность Марса быстро их разрушает. Это занимает около 20 миллионов лет, короткий промежуток времени, если вы ищете следы жизни, связанной с той землеподобной марсианской планетой, которая существовала миллиарды лет назад.

Предложение для будущих миссий, ограниченных неглубоким отбором проб, состоит в том, чтобы искать недавно обнажившиеся обнажения, т.е. возрастом менее 10 миллионов лет. Здесь действие высокоэнергетического солнечного излучения еще не полностью разрушило бы аминокислоты, если бы таковые имелись.