Как можно найти следы жизни на Марсе

Нынешнее лето может стать воистину «марсианским»: в четверг к Красной планете отправилась уже третья марсианская миссия за этот год. Речь идет об американском марсоходе «Персевириенс» (англ. Perseverance, «Настойчивость»).

20 июля ОАЭ запустили на японской РН орбитальный зонд «Хоуп» – свой первый межпланетный аппарат. В этом же стартовом окне примерно месячной длительности (которое открывается каждые 26 месяцев, когда Марс в силу движения по орбите становится значительно ближе к Земле) к нему уже отправился и китайский орбитальный зонд со спускаемым аппаратом «Тяньвэнь-1». Это первая попытка Китая достичь орбиты и поверхности Марса. К сожалению, в это стартовое окно не успели ЕКА и «Роскосмос», чья совместная миссия «ЭкзоМарс» будет отложена до 2022 года.

Все эти миссии в той или иной степени завязаны на поиск жизни или ее следов на Марсе. Почему же это столь важно – ведь уже абсолютно ясно, что никакой высокоразвитой жизни на Красной планете, и тем более марсиан, не существует? Что же надеются найти на четвертой планете Солнечной системы земные ученые?

Меньше и холоднее, чем Земля

Геологическая история Марса, как мы представляем ее себе сегодня, достаточно интересна и поучительна. По сравнению с нашей Землей более удаленный от Солнца Марс формировался из гораздо меньшего количества исходного «сырья» – сказывалась близость уже появившегося в то время чуть дальше гигантского Юпитера, который и вовсе не позволил планете сформироваться в нынешнем поясе астероидов. Впрочем, удаленность от Солнца в начальные периоды развития нашей Солнечной системы была даже благом – молодая звезда тогда еще светила чуть ярче сегодняшнего, и зона «комфортных» температур легко достигала орбиты Марса.

Этот регион вокруг любой звезды иногда романтически называют «зоной Златовласки». Название представляет собой отсылку к английской сказке Goldilocks and the Three Bears, в русском переводе известной под названием «Маша и три медведя». В сказке Златовласка пытается воспользоваться несколькими наборами из трех вещей в доме медведей и в результате выбирает только один – который ей приходится «в самый раз». В то время как два других предмета оказываются неподходящими – или большими, твердыми и горячими, или, наоборот, маленькими, мягкими и холодными. 

Как показали все предыдущие исследования Красной планеты, в свои первые геологические эпохи, названные Нойским и Гесперийским периодами, Марс разительно отличался от своего нынешнего состояния – на его поверхности существовал целый океан жидкой воды, а атмосфера была гораздо мощнее, нежели сегодня. Такое состояние длилось достаточно долго – по современным оценкам, значительные количества жидкой воды существовали на Марсе более 1,5 млрд лет, от момента образования планеты около 4,5 млрд лет тому назад.

После того, как наша звезда, Солнце, начала медленно остывать до сегодняшнего спокойного состояния, Марс столкнулся с еще одной проблемой – не имея сильного магнитного поля, как Земля, он стал стремительно терять атмосферу в потоке солнечного ветра. С истончением атмосферы Марса исчез дополнительный парниковый эффект – и температура на поверхности планеты стала быстро падать. В результате в последнем периоде своей жизни, Амазонийском, который стартовал около 3 млрд лет назад, Марс потерял жидкую воду – она или исчезла с его поверхности, или же собралась в его мощных полярных ледовых шапках.

Таким образом, если обоснованно предположить, что жизнь на Земле и на Марсе развивалась похожим образом, то можно надеяться, что в своем развитии марсианская жизнь дожила до появления фотосинтезирующих микроорганизмов, возникших на Земле около 3 млрд лет назад, или даже до сложных клеток-эукариотов, которые сформировались на нашей планете около 2,1 млрд лет назад.

 

Появление в истории Марса многоклеточной жизни менее вероятно – на Земле она возникла только 1,6 млрд лет назад, когда на Красной планете водоемы уже практически высохли или превратились в лед.

Уникальность возможной марсианской жизни как раз и представляет самый большой научный интерес. Проблема состоит в том, что на Земле победила практически единственная ветвь эволюции – все животные и растения Земли, как показывают новейшие исследования, происходят от одного-единственного «универсального общего предка», которого иногда называют Лука (англ. last universal common ancestor, LUCA).

Лука, который представлял собой какую-то достаточно простую бактерию, еще даже неспособную к фотосинтезу, жил на Земле 3,5–3,8 млрд лет назад, в то время, когда Марс был однозначно пригоден для жизни и еще находился в «зоне Златовласки». Ископаемых остатков земного Луки не сохранилось, поэтому его облик можно изучать только путем сравнения геномов ныне живущих существ. Если же мы найдем каких-то потомков «марсианского Луки», то они будут интересны не только сами по себе, но и в качестве иллюстрации к тому, какими путями шла марсианская жизнь, которая развивалась в совершенно иных условиях.

Сорок лет неопределенности

Первые попытки поиска марсианской жизни проводились еще американскими аппаратами «Викинг», которые высадились на Марсе в 1976 году и проработали там до 1980–1982 годов. Оба аппарата взяли образцы почвы в качестве проб для анализа на наличие жизни. Результаты стали неожиданно обнадеживающими – была выявлена высокая химическая активность грунта, а целый ряд результатов по газообмену дал весьма интересный результат.

Так, один из анализаторов обнаружил резкое увеличение содержания диоксида углерода, почти такое же, как при анализе биологически активных образцов земной почвы. Другой эксперимент по газообмену выявил 15-кратное превышение выделения кислорода по сравнению с ожидаемым, что тоже может говорить о наличии какой-то простейшей жизни в марсианской почве. Самый же интересный результат был получен в экспериментах с усвоением углерода – марсианский грунт приводился в контакт с углекислым газом, содержащим радиоактивный углерод вместо обычного, и освещался светом, подобным солнечному. В земных условиях микроорганизмы хорошо усваивают углекислый газ – поэтому радиоактивный углерод попал бы в грунт за счет их жизнедеятельности. При последующем нагреве пробы грунта с целью обнаружения радиоактивного углерода в ней был зафиксирован неоднозначный результат – углерод то усваивался, то нет.

Что интересно, после «Викингов» всего лишь два аппарата искали жизнь на Марсе – это была миссия «Феникс» в 2008 году и предшественник «Персевириенс», марсоход «Кьюриосити», работающий на Марсе до сих пор. Эти миссии тоже дали неоднозначный ответ на вопрос о существовании в прошлом или наличии на сегодняшний момент жизни на Марсе. В частности, посадочный аппарат «Феникса» обнаружил в грунте возле места своей посадки токсичную хлорную кислоту, что противоречит гипотезе существования жизни. Однако выявленный уровень солености грунта с точки зрения биологии был допустимым для жизни, а анализаторы «Феникса» выявили в нем связанную воду и углекислый газ. То же самое произошло и с «Кьюриосити». Аппарат обнаружил органические молекулы в породах возрастом 3,5 млрд лет, что может свидетельствовать о наличии благоприятных условий для жизни в прошлом, но каких-то видимых следов ископаемых микроорганизмов не нашел.

Впрочем, на поиски жизни «Кьюриосити» не особо ориентировали – предыдущий марсоход больше ездил по Марсу и делал панорамные снимки и «селфи». А вот «Персевириенс» уже снабдили полным набором приборов для поиска жизни – и отправляют именно туда, где эту гипотетическую жизнь можно найти с самой высокой вероятностью.

Что и где ищем?

Место будущей посадки «Персевириенс» – это 45-километровый ударный кратер Джезеро, расположенный в дельте давно высохшей марсианской реки. Кратер находится в окружении древних речных долин, возраст которых оценивается более чем в 3,5 млрд лет, и относится к периоду, когда на Марсе однозначно была вода. Реки, которые текли по этим долинам, питали озеро внутри кратера Джезеро, и если в тех древних водах была жизнь, ее следы должны были сохраниться в виде каких-то отложений. Поэтому «Персевириенс» будет искать такие признаки окаменелой микробной жизни в мощных залежах карбонатных пород, которые доисторические реки нанесли в кратер. На Земле в таких породах хорошо сохраняются так называемые строматолиты – столбчатые слоистые структуры, чем-то похожие на коралловые рифы, но образованные за сотни тысяч и миллионы лет примитивными микроорганизмами.

Система речных долин возле Джезеро – не единственная на Марсе, но лучше всего сохранившаяся и наиболее проявленная, лежащая прямо на поверхности. Поэтому отложения в дельте могли действительно сохранить свидетельства о любой потенциальной жизни, существовавшей в кратерном озере.

Для поисков жизни «Персевириенс» снабдили сразу тремя инструментами – на его манипуляторе установлен инструмент под названием PIXL, который измеряет распределение химических элементов в области размером с почтовую марку, после чего строит условную матрицу. Такая информация переводится в визуальный образ с помощью инструмента WATSON, который создает наглядную картинку распределения элементов. Такая визуализация позволит обнаружить скрытые закономерности распределения углерода, кислорода, водорода, серы и других важных для жизни элементов в марсианском грунте. Ну и, наконец, специальный инструмент, ультрафиолетовый рамановский спектрометр под названием SHERLOC, впервые отправленный на Марс, позволяет непосредственно измерить распределение органического вещества в различных местах образцов.

Еще одним моментом в миссии «Персевириенс» станет то, что имеющие потенциальное астробиологическое значение образцы он соберет в специальный «схрон» на поверхности Марса для последующего возврата на Землю для исследования в рамках следующей миссии, запланированной через десятилетие.

 

Скорее всего, такая сверхсложная миссия будет международным проектом с участием NASA и ЕКА: посадку на Марс получится осуществить не раньше 2028 года, а образцы вернутся на Землю и вовсе в 2031 году.