Учёные выяснили, где на современном Марсе может временно сохраняться жидкая вода
Учёные определили условия, при которых на современном Марсе микроскопические количества жидкой воды могут временно сохраняться внутри солевых кристаллов даже в относительно тёплое дневное время. Такие структуры потенциально способны создавать кратковременные микросреды, более благоприятные для гипотетических микроорганизмов, чем открытая поверхность Красной планеты. Исследователи подчёркивают, что речь идёт о теоретической модели, а не об обнаружении современной марсианской жизни или непосредственном наблюдении жидкой воды.
Анна Богнар, Бернадетт Пал и Акош Керестури исследовали гигроскопичные соли, присутствующие на поверхности Марса. Некоторые из них способны поглощать водяной пар непосредственно из атмосферы. При достаточно высокой относительной влажности соль начинает поглощать настолько много воды, что образуется концентрированный жидкий раствор — рассол. Этот процесс называется деликвесценцией.
Главная проблема заключается в суточном цикле Марса. Ночью температура поверхности резко падает, а относительная влажность повышается, создавая более подходящие условия для образования микроскопических количеств жидкости. Однако низкая температура ограничивает потенциальную биологическую активность. Днём поверхность нагревается, но атмосфера становится настолько сухой, что открытый рассол должен быстро терять воду.
Исследователи предложили механизм, который потенциально позволяет совместить эти два условия. Согласно модели, суточные перепады температуры заставляют солевые кристаллы расширяться и сжиматься. При охлаждении ночью внутри них могут открываться микроскопические трещины, куда проникает образовавшийся в результате деликвесценции рассол. После восхода Солнца температура повышается, кристалл расширяется, а трещина частично закрывается и задерживает жидкость внутри.
Таким образом, вода, захваченная ночью, теоретически может сохраняться в кристалле некоторое время после того, как окружающая поверхность уже нагрелась и стала слишком сухой для существования открытого рассола. Расчёты показывают, что связанные с температурой изменения объёма могут составлять примерно 0,5–0,9% для некоторых кристаллических фаз и достигать нескольких процентов в концентрированных растворах. По мнению авторов, этого может быть достаточно для периодического изменения размеров микротрещин.
Исследователи рассмотрели несколько солей, связанных с условиями на Марсе, включая хлорид натрия и перхлорат кальция. Особенно интересны перхлораты, поскольку они обладают высокой гигроскопичностью и способны образовывать рассолы при температурах значительно ниже точки замерзания чистой воды. При этом авторы предупреждают, что прямых данных о тепловом расширении гидратированных перхлоратов кальция именно в марсианских условиях пока недостаточно, поэтому эта часть предложенного механизма остаётся гипотетической.
Моделирование показало, что одним из наиболее интересных районов может быть равнина Ацидалия в северном полушарии Марса. В некоторых местах поблизости от известных солевых отложений условия для образования микроскопического количества жидкости ночью могут возникать в общей сложности примерно 100–130 солов в течение марсианского года. Один сол немного длиннее земных суток и продолжается около 24 часов 39 минут.
Потенциально важна и глубина расположения таких микросред. Авторы рассматривают солевые структуры примерно в 2–3 мм под поверхностью. Такой слой способен обеспечить гипотетическим микроорганизмам частичную защиту от ультрафиолетового излучения, одновременно в некоторых условиях пропуская ограниченное количество видимого света. Это делает подобные места особенно интересными при обсуждении возможности существования фотосинтезирующих организмов.
Сценарий предполагает, что гипотетический микроорганизм мог бы находиться внутри солевого кристалла рядом с микротрещиной. Ночью соль поглощала бы влагу из атмосферы и образовывала микроскопическое количество рассола. Днём трещина частично закрывалась бы, уменьшая контакт жидкости с чрезвычайно сухой атмосферой и замедляя потерю воды именно тогда, когда температура становится более подходящей для биохимических процессов.
При этом условия на современной поверхности Марса остаются крайне неблагоприятными для жизни. Помимо недостатка жидкой воды, потенциальным организмам пришлось бы выдерживать низкие температуры, сильное ультрафиолетовое и ионизирующее излучение, окислительную среду и другие факторы. Авторы отдельно отмечают, что их модель не учитывает воздействие ионизирующего излучения, что является существенным ограничением при оценке реальной обитаемости таких микросред.
Исследование поэтому не доказывает существование обитаемых участков на современном Марсе. Оно показывает физический механизм, благодаря которому гигроскопичные соли потенциально способны удерживать микроскопические количества рассола дольше, чем считалось бы возможным для жидкости, непосредственно контактирующей с марсианской атмосферой.
Если предложенный механизм подтвердится экспериментально, солевые отложения могут стать интересными целями для будущих исследований Марса и поиска наиболее благоприятных для современной жизни микросред. Для проверки гипотезы потребуются лабораторные эксперименты с марсианскими солями при соответствующих температурах, давлении и влажности, а также более точные данные о поведении перхлоратов при суточных температурных циклах.
Исследование в журнале Icarus.