Изучение минералов на поверхности и в глубине Марса и спутников Юпитера может стать ключом к ответу на вопрос: «А могла ли на них ранее существовать жизнь?». Международный российско-австрийский научный коллектив с участием сотрудников Новосибирского государственного университета (НГУ) и Университета Вены узнали, как ведут себя встречающиеся на Марсе и спутниках Юпитера минералы типа кизерита при ультранизких температурах (до 15 К, то есть -258°С). Материалы исследования опубликованы во флагманском научном журнале Международного союза кристаллографов IUCrJ. Исследование поддержало Минобрнауки России.
Принято считать, что наличие воды является предпосылкой существования жизни на планете. В нынешних условиях на Марса и спутниках Юпитера вода в свободном виде сохраниться не может. Но она может остаться в составе минералов, которые сохраняют память о тех временах, когда условия были не столь жесткими. Ученые России и Австрии воссоздали космические условия в лаборатории и проверили, как ведут себя при ультранизких температурах синтетические минералы типа кизерита, встречающиеся на поверхности Марса и спутников Юпитера. Исследования проводила научная группа под руководством доктора химических наук, профессора Елены Болдыревой из НГУ в сотрудничестве с коллегами из Университета Вены под руководством профессора Рональда Милетича.
Исследовать состав и структуру минералов можно различными способами ― на основании анализа спектров либо используя дифракцию рентгеновского излучения. Если спектры минералов, находящихся на Марсе и спутниках Юпитера, возможно изучать, оставаясь на Земле, то для изучения структуры дифракционными методами необходимо либо доставить пробы минералов на Землю, либо отправить с Земли небольшой портативный дифрактометр (что и было сделано во время миссии марсохода Curiosity).
Но по словам доктора химических наук, заведующего лабораторией молекулярного дизайна и экологически безопасных технологий, доцента кафедры химии твердого тела факультета естественных наук НГУ Бориса Захарова, есть и третий путь ― воссоздать похожие условия непосредственно на Земле и посмотреть, как при этом будут вести себя интересующие ученых соединения: сохранится ли в них вода, как изменится структура.
Ученые использовали специализированное оборудование и более 100 литров жидкого гелия, чтобы в условиях, моделирующих космические, методом монокристальной рентгеновской дифракции детально исследовать кристаллические структуры ряда синтетических минералов типа кизерита (общая формула M2+SO4·H2O, где M2+ = Mg, Fe, Co, Ni), встречающихся на поверхности Марса и спутников Юпитера, при ультранизких температурах жидкого гелия (15 К, то есть -258°С).
«Такие эксперименты уникальны, в первую очередь, с технической точки зрения, так как требуют специфического и сложного оборудования, при этом работающего на пределе из-за ультранизких температур, а также навыка работы со сжиженным гелием, который обеспечивает охлаждение образцов до необходимых температур. Их подготовка и проведение, а также интерпретация полученных данных требуют высокой квалификации ученых. Группа в НГУ является одной из немногих в мире, которая умеет проводить подобные эксперименты. Поэтому мы обратились именно к ней с предложением о проведении совместных исследований», — рассказывает о совместной работе профессор Университета Вены Рональд Милетич.
Международная научная группа смогла не только показать, что вода в исследуемых материалах сохраняется в структуре при столь глубоком охлаждении, но и нашла объяснение этому в особенностях кристаллических структур минералов. Данная информация очень важна для интерпретации спектроскопических данных, полученных орбитальными аппаратами с поверхности космических тел.
«Мы обнаружили, что сами структуры сохраняют устойчивость и не претерпевают фазовых переходов даже при таких экстремальных воздействиях. Это происходит благодаря наличию в них молекул воды, которая связывает мостиками в прочный трехмерный каркас катионы металлов и сульфат-анионы. Структура значительно сжимается, причем различным образом в разных направлениях, но при этом не разрушается и не перестраивается в другую фазу», — добавляет один из участников работ, ассистент кафедры химии твердого тела факультета естественных наук НГУ Никита Богданов.