Таинственные «леопардовые пятна» на марсианском камне могут быть доказательством внеземной жизни или просто безжизненной химии. Чтобы узнать правду, может потребоваться вернуть камень на Землю
В высохшей речной долине на Марсе марсоход NASA Perseverance, возможно, наконец-то нашел смысл своего существования: свидетельства существования древней инопланетной жизни, а вместе с ними и спасательный круг для грандиозного, но проблемного плана космического агентства по доставке материалов с Красной планеты на Землю.
Это потенциальное доказательство, способное потрясти космос, может выглядеть как просто скромный камень, но оно не похоже ни на одно другое, что когда-либо видели на Марсе. Названный «водопадом Чеява» в честь особенности в Гранд-Каньоне на Земле, камень, по-видимому, представляет собой выступ аргиллита размером с журнальный столик в форме наконечника стрелы. Но его наиболее заметными визуальными особенностями являются его красноватые и беловатые полосы — первые испещрены темными, светлыми пятнами, напоминающими пятна леопарда. Красный цвет, вероятно, происходит от железного минерала гематита, говорит команда Perseverance. Исследования марсохода показали, что беловатые полосы являются прожилками сульфата кальция, отложенного водой, и они показывают, что темные края любопытных «пятен леопарда» содержат молекулы фосфата железа — потенциальную пищу для голодных подземных микробов.
Инструменты Perseverance также показывают, что порода содержит органические соединения, молекулы на основе углерода, которые являются строительными блоками жизни, какой мы ее знаем. Это редкая находка для марсохода, который исследовал кратер Джезеро и его окрестности с момента приземления там в феврале 2021 года. (Предшественник Perseverance, марсоход Curiosity, также обнаружил органику во время своих исследований другого региона, кратера Гейла.)
В совокупности данные Perseverance показывают не только то, что вода давно просачивалась через водопады Чеява, но и то, что аргиллит когда-то содержал другие условия, которые обычно связаны с микробной жизнью. В осадочных породах с примесью гематита на Земле химические реакции могут создавать похожие бледные кольцевые пятна, и эти реакции высвобождают энергию, которая может поддерживать одноклеточные организмы внутри камня.
Этого было более чем достаточно, чтобы заставить команду Perseverance отдать команду марсоходу пробурить и спрятать часть породы в одной из его пробирок для образцов для возможного извлечения и доставки на Землю будущими миссиями. Этот план «хватай и иди», получивший название Mars Sample Return (MSR), является совместным проектом NASA и Европейского космического агентства (ESA). Им управляет Лаборатория реактивного движения NASA (JPL), которая также построила и эксплуатирует Perseverance. Однако обширные отклонения от графика и многомиллиардные перерасходы бюджета поставили проект в неопределенность . В настоящее время MSR проходит перепланировку, чтобы найти более быстрый и дешевый способ доставить тайники драгоценных образцов Perseverance обратно на Землю.
«Водопад Чеява — самая загадочная, сложная и потенциально важная скала, когда-либо исследованная Perseverance», — сказал Кен Фарли, научный сотрудник проекта Perseverance в Калифорнийском технологическом институте, в заявлении NASA от 25 июля , объявляющем о находке. «С одной стороны, у нас есть наше первое убедительное обнаружение органического материала, отличительные цветные пятна, указывающие на химические реакции, которые микробная жизнь могла бы использовать в качестве источника энергии, и явные доказательства того, что вода, необходимая для жизни, когда-то проходила через скалу. С другой стороны, мы не смогли точно определить, как образовалась скала и в какой степени близлежащие скалы могли нагревать водопад Чеява и способствовать этим особенностям».
Как скала получила свои пятна?
Команда Perseverance заметила и нацелилась на камень в конце июня, когда марсоход ехал по северному склону долины Неретва, канала шириной в полкилометра, прорезанного много веков назад рекой, впадающей в кратер Джезеро, в котором когда-то было большое озеро и дельта. Поскольку ранние наблюдения Perseverance за камнем медленно просачивались на Землю в виде радиоволн, все более изумленная команда начала лихорадочную круглосуточную борьбу за сбор как можно большего количества данных — и важного образца — прежде чем марсоходу придется двигаться к другим заранее запланированным целям.
Водопады Чеява могли изначально образоваться из сцементированной грязи на дне реки, а заметные кальциево-сульфатные жилы были отложены позже богатыми минералами жидкостями, просачивающимися через трещины в скале. Но этот простой сценарий осложняется чем-то еще, что Perseverance заметил в жилах породы: крошечными кристаллами оливина, зеленоватого минерала, который образуется из магмы. Присутствие минерала в жилах, говорят ученые марсохода, может означать, что оливин и сульфат были перенесены в породу негостеприимно горячими потоками воды, и что пятна леопарда образовались в результате полностью абиотических высокотемпературных химических реакций.
«Породы выше и к северу от водопада Чейава, определенные как «краевая единица», сильно отличаются и обогащены оливином», — говорит Кэти Стэк Морган, заместитель научного сотрудника проекта Perseverance в JPL. «Оливин, который мы видим в жилах водопада Чейава, может быть связан с размещением близлежащей краевой единицы, богатой оливином».
Более ранние наблюдения Perseverance показали, что обнаженная коренная порода под склоном водопада Чеява очень похожа по составу, включая даже органику и небольшие темные скопления минералов, говорит Стэк Морган. Но ни одна другая исследованная порода не показывает отличительных пятен леопарда.
Несмотря на это темное происхождение, пятна водопада Чеява, несомненно, имеют странное сходство со структурами, которые, будучи обнаруженными в породах из глубин Земли, обычно считаются признаками жизни — так называемыми биосигнатурами. Технически называемые «восстановительными сфероидами», эти особенности обычно образуются из органического вещества, захороненного в осадочной породе, которая богата окисленным или ржавым железом, что придает такой породе красноватый цвет. Текущая вода может способствовать «окислительно-восстановительным» реакциям между органическим веществом и окружающей породой, восстанавливая (отдавая электроны) окисленное железо и отбеливая его до белого цвета. Микробы в породе могут усиливать и подкреплять этот процесс, используя поток питательных электронов для подпитки своего метаболизма. Конечным результатом является бледная сфера восстановленного железа, пронизанная другими следами металлов и, потенциально, микробными микроископаемыми — своего рода погребенный оазис в глубине.
«Примечательно, что эти [редукционные сфероиды], вероятно, являются единственными биосигнатурами для подземной микробной жизни, которые вы можете увидеть своими глазами — или камерами на нашем марсоходе», — говорит Дэвид Флэннери, астробиолог и член научной группы Perseverance в австралийском Квинслендском технологическом университете. Но поскольку эти структуры могут также возникать в результате чисто абиотических процессов, они не могут представлять собой исключительно железное доказательство прошлой жизни, особенно когда их удаленно изучает робот в инопланетном мире, расположенном в миллионах и миллионах километров. Даже на Земле, говорит Флэннери, «на удивление мало работы по [редукционным сфероидам], отчасти потому, что понять эти вещи очень сложно».
Принеси домой
Хотя водопады Чеява и далеки от доказательств существования жизни на Марсе, для ученых, желающих изучить их еще более подробно, это самое подходящее место: самая многообещающая из когда-либо найденных горных пород для потенциального обнаружения окаменелых марсиан.
«Это, конечно, волнительно», — говорит Калеб Шарф, старший научный сотрудник по астробиологии в исследовательском центре Эймса NASA, который не входит в команду Perseverance. «Открытие водопадов Чеява представляет собой один из лучших аргументов в пользу возвращения образцов с Марса или отправки новых устройств и инструментов, которые расширяют наши возможности изучения доказательств на Марсе».
«Мы облучали эту породу лазерами и рентгеновскими лучами и фотографировали ее буквально днем и ночью практически со всех мыслимых углов», — сказал Фарли в недавнем заявлении NASA. «С научной точки зрения Perseverance больше ничего не может дать. Чтобы полностью понять, что на самом деле произошло в той марсианской речной долине в кратере Джезеро миллиарды лет назад, мы хотели бы привезти образец из водопада Чеява на Землю, чтобы его можно было изучить с помощью мощных инструментов, имеющихся в лабораториях».
По словам Стэка Моргана, эти мощные инструменты будут включать громоздкие, тонкие электронные микроскопы и масс-спектрометры, которые плохо подходят для упаковки в межпланетный робот. Такое оборудование могло бы тщательно исследовать образец на предмет широкого спектра биосигнатур, а также определять такие детали, как возраст темных краев леопардовых пятен, время взаимодействия камня с водой и даже температуру, при которой образовались некоторые из его минералов. Возможно, самое важное, что в то время как Perseverance в настоящее время молчит о природе органических соединений водопада Чеява, наземное оборудование могло бы выявить тип и сложность молекул в этом материале, чтобы определить, имеет ли он биологическое происхождение.
Однако сначала НАСА и ЕКА должны выяснить, как MSR сможет доставить его домой.
Ли Биллингс — научный журналист, специализирующийся на астрономии, физике, планетологии и космических полетах, а также старший редактор Scientific American . Он является автором получившей признание критиков книги Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars , которая в 2014 году получила премию Science Communication Award от Американского института физики. Помимо работы в Scientific American , статьи Биллингса публиковались в New York Times , Wall Street Journal , Boston Globe , Wired , New Scientist , Popular Science и многих других изданиях. Будучи активным оратором, Биллингс выступал с приглашенными докладами для Лаборатории реактивного движения NASA и Google, а также был ведущим мероприятий, проводимых National Geographic , Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works и различными другими организациями.
Биллингс присоединился к Scientific American в 2014 году и ранее работал штатным редактором в журнале SEED . Имеет степень бакалавра журналистики Университета Миннесоты.