Марсоход Perseverance обнаружил в породах кратера Езеро на Марсе следы как минимум трех отдельных периодов взаимодействия с водой. Сначала их изменили подземные воды, богатые углекислым газом, затем породы, вероятно, испытали влияние древнего озера, а позднее — нагретых подземных вод. Исследователи смогли восстановить последовательность событий по составу минералов, однако пока не знают, когда именно происходил каждый из них. О том, как история воды сохранилась в марсианских породах и что открытие говорит о поисках древней жизни, — в материале «Известий».
Почему находка удивила исследователей
В сентябре 2023 года Perseverance добрался до внутреннего края кратера Езеро, где находится геологическая область, которую исследователи называют Margin Unit — краевой толщей. Она протянулась вдоль берега существовавшего здесь в прошлом озера. Поэтому ученые ожидали встретить прежде всего осадочные породы, образовавшиеся при накоплении песка, ила и других частиц на дне водоема.
Интерес к этому месту усиливали наблюдения с орбиты: приборы космических аппаратов обнаружили здесь признаки карбонатов. На Земле такие минералы нередко образуются при участии воды, в том числе в озерах и мелководных морях. Осадочные отложения и карбонаты способны сохранять сведения об условиях, в которых когда-то могли существовать микроорганизмы.
Однако на месте марсоход нашел преимущественно магматические породы. Они возникают при остывании расплавленного вещества — под землей либо после извержения на поверхность. Дальнейший анализ показал, что после своего образования эти породы неоднократно вступали в контакт с водой. Каждый такой эпизод оставил в них собственные минеральные следы.
«До прибытия в краевую толщу основной гипотезой было то, что карбонаты, обнаруженные с орбиты, сформировались при взаимодействии пород с озером в кратере Езеро», — рассказала ведущий автор исследования, научный сотрудник Университета Пердью Кэндис Бедфорд.
Теперь, по ее словам, выяснилось, что эта территория находилась на пересечении нескольких водных систем.
Как Perseverance изучал породы
Важную роль в работе сыграл прибор SuperCam, установленный на мачте марсохода. Он позволяет исследовать удаленные участки породы: анализировать отраженный ими свет, а также направлять на поверхность лазер. Лазерный импульс воздействует на небольшую область на расстоянии до 6,5 м, после чего прибор изучает свет образовавшейся плазмы. По ее спектру можно определить химический состав материала.
Таким способом Perseverance исследовал в краевой толще более 185 участков коренных пород. Марсоход также изучал их внешний вид и взаимное расположение. Это позволило сравнить породы на разных высотах и проследить, какие изменения связаны с водой, а какие относятся к их первоначальному образованию.
Перепад высот на исследованном маршруте составил около 265 м. Выше находились крупнозернистые кристаллические породы, богатые оливином — минералом, содержащим магний и железо. В них почти не было признаков воздействия воды. Ученые связывают их происхождение с магмой, которая медленно остывала под поверхностью Марса: за это время кристаллы успели вырасти сравнительно крупными. Позднее вышележащие породы разрушились, обнажив этот участок.
Ниже, ближе к древнему дну озера, породы выглядели иначе. Зерна оливина оказались растрескавшимися, а между ними обнаружили кремнезем. Разница между верхними и нижними участками стала одним из свидетельств того, что вода изменила исходную магматическую породу уже после ее формирования.
Первый период: вода проникла под землю
По реконструкции исследователей, первым из выделенных ими эпизодов стало воздействие подземных вод, богатых углекислым газом. Они проникали в трещины и вступали в реакцию с оливином. В результате образовывались карбонаты, заполнившие часть разломов в породе.
Сегодня эти заполненные минералами трещины выглядят как выступающие гребни. Окружающий материал со временем разрушался быстрее, поэтому более устойчивые участки стали заметны на поверхности. Такие структуры обнаружили на сравнительно низких отметках исследованной территории.
Карбонаты важны для восстановления истории воды: их состав и расположение помогают понять, где проходили жидкости и как они взаимодействовали с породой. Но наличие карбонатов само по себе не свидетельствует о существовании жизни. Они могут образовываться в результате обычных геологических и химических процессов.
Второй период: возможное влияние озера
Следующий эпизод исследователи связывают с условиями, существовавшими в кратере после первого изменения пород. Он мог быть связан с древним озером — эту часть истории авторы формулируют осторожнее, поскольку минеральные следы не позволяют однозначно установить источник воды.
Одной из подсказок стал кремнезем. Он встречался в части пород, расположенных ниже предполагаемой линии берега. Соавтор исследования, планетолог Гавайского университета в Маноа Элени Раванис пояснила, что при превращении оливина в карбонаты в породе может оставаться кремнезем. В образцах, находившихся ниже уровня воды, его оказалось больше.
Таким образом, найденные карбонаты не обязательно возникли в результате одного процесса. Часть изменений могла быть связана с подземной водой, а часть — с более поздним взаимодействием пород с озерной или связанной с ним водой. Именно поэтому первоначального объяснения, основанного только на орбитальных наблюдениях, оказалось недостаточно.
Третий период: по породам прошла нагретая вода
Самый поздний из трех выделенных эпизодов оставил следы в восточной части краевой толщи. Там Perseverance обнаружил минеральные прожилки толщиной около 25 см. В их составе выявили, в частности, сульфат кальция и флюорит.
Флюорит особенно заинтересовал ученых. Его появление в таком геологическом контексте указывает на циркуляцию нагретой воды через породы. Исследователи считают эти прожилки свидетельством более позднего периода активности подземных вод, отличавшегося от предыдущих по условиям.
Минералы и их расположение позволяют установить относительный порядок событий: какие изменения произошли раньше, а какие наложились на них позднее. Однако определить их точный возраст по имеющимся данным ученые пока не смогли. Неизвестно и то, сколько времени продолжался каждый водный период и какие промежутки их разделяли.
Что это значит для поисков жизни на Марсе
На Земле взаимодействие воды с оливином при определенных условиях может сопровождаться выделением водорода. Некоторые микроорганизмы способны использовать его как источник энергии. Карбонаты и кремнезем, в свою очередь, представляют интерес как минералы, в которых могут сохраняться следы существовавшей прежде микробной жизни.
Поэтому находка расширяет представление о средах, которые могли существовать в кратере Езеро. Его история, судя по изученным породам, не ограничивалась одним озером: вода также перемещалась под землей, вступала в реакции с магматической породой, а позднее циркулировала в нагретом состоянии. При этом никаких доказательств жизни данное исследование не обнаружило. Оно описывает геологические условия, которые важны для ее поиска.
Бедфорд отметила, что результаты, полученные непосредственно на поверхности Марса, нередко меняют картину, сложившуюся по орбитальным данным. По ее оценке, изучение краевой толщи поможет уточнить историю воды не только в кратере Езеро: он расположен внутри одной из крупнейших областей распространения карбонатов на планете. Следующий вопрос для исследователей — как разные водные системы были связаны с изменениями климата раннего Марса и возможностью существования пригодных для жизни условий.