Сотрудники NASA по-новому взглянули на возможность существования микробной жизни на Марсе. Моделирование показало, что фотосинтез на Марсе может работать до глубины трёх метров под толщей водяного льда на поверхности Красной планеты. Похожие экосистемы распространены в ледниках на Земле. Почему бы им не возникнуть на Марсе?

Источник изображения: NASA

Учёные давно обнаруживают признаки водяного льда на Марсе (там также обнаруживается лёд из замёрзшего углекислого газа). Орбитальные аппараты зафиксировали множество оврагов и складок местности на Марсе, края которых покрыты слоем льда. На этом возникло предположение, что на Марсе с древних времён остаются ледники, а их таяние и эрозия приводит к возникновению оврагов.

Водяной лёд в чистом виде на Марсе отсутствует. Обычно это смесь пыли и водяного льда. Пыль и другие вкрапления имеют свойство нагреваться под солнцем и плавить лёд, погружаясь с годами всё глубже и глубже. На Земле подобные образования называют криоконитовыми отверстиями. Их во множестве находят в ледниках, а если изучить их поближе, то оказывается, что там заводится микробная живность и даже водоросли, которые существуют в подлёдных кавернах как в теплицах.

Криоконитовые отверстия в земных ледниках

Специалисты NASA провели моделирование для определения возможности образования криоконитовых отверстий в пылеводяном льде на Марсе. Модель не только допустила появление подобных образований, но также оставила возможность для сохранения работы фотосинтеза на Марсе до глубины три метра в толще льда. В данном случае лёд должен играть роль радиационного щита для микробной жизни на глубине. Марс не защищён магнитным полем, и солнечная радиация буквально стерилизует его поверхность.

Проделанная работа не носит умозрительный характер. Тем самым учёные ищут наиболее перспективные места для обнаружения следов микробной жизни на Марсе в будущих миссиях. Авторы исследования утверждают, что водяной лед, который, скорее всего, образовал бы подземные бассейны, существовал бы в тропиках Марса, между 30 и 60 градусами широты, как в северном, так и в южном полушариях. Оттуда и начнут поиск.

Представления учёных о жизни на Марсе кардинально поменялись за неполные 100 лет его изучения. Красная планета сначала считалась просто суровой для жизни, как Сахара в летний полдень, а потом стало понятно, что известной нам биологической жизни на ней не могло быть, как минимум, несколько последних миллиардов лет. До этого на Марсе могла быть жизнь, а как она умирала, рассказали новые находки Curiosity.

Как мог выглядеть «водный» Марс в древности. Источник изображения: NASA

Многолетние наблюдения за Марсом и дистанционное изучение его геологии и почв заставляют думать, что примерно 4 млрд лет назад эта планета обладала обширным мелким океаном, озёрами, реками и ручьями. Но потом климат резко и бесповоротно изменился. Что при этом происходило на планете, и каким стал её климат — показали свежие находки марсохода NASA Curiosity в районе ударного кратера Гейл шириной 154 км (Gale crater). Этот кратер образовался в результате падения метеорита 3,5–3,8 млрд лет назад.

Изучение образцов породы со дна кратера бортовыми приборами марсохода (Sample Analysis at Mars и Tunable Laser Spectrometer) показывают, что в кратере была вода и, следовательно, там возникали минералы, характерные для влажной среды, например, глины, сульфаты и карбонаты. С точки зрения оценки климатических изменений наиболее ценными считаются карбонаты, образующиеся из углерода и кислорода. Лёгкие изотопы атомов быстро улетучиваются в атмосферу, а тяжёлые остаются. По соотношению одних и других можно судить о климате, включая температуру, кислотность воды, а также состав воды и атмосферы.

«Показания изотопов этих карбонатов указывают на экстремальные объёмы испарения, предполагая, что эти карбонаты, вероятно, образовались в климате, который мог поддерживать жидкую воду только на время, — сказал Дэвид Бертт из NASA (David Burtt). — Наши образцы не предполагают [существования] древней среды с жизнью (биосферы) на поверхности Марса, хотя это не исключает возможности существования подземной или поверхностной биосферы, которая началась и закончилась до образования этих карбонатов».

Состояния карбонатов указывают на то, что пригодный для жизни Марс умирал в двух процессах одновременно или по отдельности. Во-первых, на планете начали происходить периодические интенсивные «вспышки» испарения влаги. Во-вторых, вода стала замерзать, и вместе с испарениями это привело к запредельному повышению её засоления. В такой среде ничто известное живое нам не могло выжить, даже бактерии. Остаётся надежда на поиски жизни (хотя бы микробной) под поверхностью Марса на глубине, но вряд ли земная наука будет способна на такое в ближайшие 10–15 лет.

Идея поднять температуру на Марсе возникла вскоре, как выяснилось, что на его поверхности холодно даже для микробной жизни. За последние десятилетия было выдвинуто множество теорий, как согреть Красную планету, включая идею Илона Маска (Elon Musk) сбросить на планету множество термоядерных бомб. В новой работе учёные из США обосновали практичный способ согреть Марс, который в 5000 раз эффективнее предыдущих предложений.

Преображение Марса. Источник изображения: Daein Ballard/ Wikipedia

Изучено, что средняя температура на Марсе составляет -62 °C. Это слишком низко даже для жизнедеятельности бактерий и микробов. Повышение этой температуры хотя бы на 10 °C стало бы стартом для начала процесса терраформирования планеты. В основном идеи по повышению температуры Марса строились вокруг необходимости доставлять сырьё с Земли или добывать редкие ресурсы на самой планете. Во всех случаях отправной точкой для расчётов была максимальная отдача от процессов, повышающих температуру на Марсе, что сразу поднимало цену вопроса до заоблачных высот.

Группа учёных из Чикагского университета (University of Chicago), Северо-Западного университета (Northwestern University) и Университета Центральной Флориды (University of Central Florida) предложила другое решение, которое по расчётам обещает оказаться в 5000 раз эффективнее предыдущих предложений. Исследователи предложили распылять в атмосфере Марса наночастицы, изготавливаемые на месте из распространённого там сырья — железа и алюминия, которыми богата вездесущая марсианская пыль.

На Земле, как известно, человечество начинает страдать от глобального потепления, обострение которого оно могло само спровоцировать индустриализацией. Не последнюю роль в этом процессе играют выбросы парниковых газов и аэрозолей в атмосферу. Аналогичным образом, но под строгим контролем, можно поднять температуру на Марсе, как показало новое исследование. Особая форма наночастиц, чем-то напоминающая обычные блёстки, поможет эффективно рассеивать отражённый от поверхности планеты свет Солнца.

По словам исследователей, порог достижения приемлемой для микробной жизни температуры не такой уж высокий. Достаточно вводить в атмосферу Марса наночастицы со скоростью 36 литров в секунду, чтобы уже через несколько месяцев на планете стало на 10 °C теплее. Это наиболее реалистичный сценарий из всех предложенных ранее, как показывают расчёты. При этом процесс потепления вполне обратимый. Достаточно перестать вносить в атмосферу наночастицы и на Марсе вновь похолодает.

Также исследователи считают, что не нужно гнаться за созданием на Марсе условий для жизни людей без скафандров и другой защиты. Для первого и главного этапа изменения климата на планете прорывом станет уже микробная жизнь сельскохозяйственного назначения, для чего нужно не так уж сильно нагреть планету. Микробы и бактерии смогут обеспечивать марсианскую колонию продуктами питания и, возможно, начнут понемногу наполнять атмосферу кислородом. Но это будет уже другая и совсем небыстрая история. Атомные бомбардировки с этим точно не помогут.

На Марсе обнаружено достаточно воды, чтобы покрыть всю поверхность планеты океаном глубиной от 1,5 до 2,7 метра. Такое заключение представила научная миссия Европейского космического агентства (ЕКА) Mars Express, которая уже 20 лет занимается исследованием Красной планеты. Авторы открытия заявляют о самом большом количестве водяного льда, обнаруженном на Марсе, что, похоже, соответствует выводам предыдущих исследователей.

Предполагаемые залежи водяного льда под экватором Марса. Источник изображения: Planetary Science Institute

«Удивительно, что радиолокационные сигналы соответствуют тому, что мы ожидаем увидеть от слоистого льда, и похожи на сигналы, которые мы видим от полярных шапок Марса, которые, как мы знаем, очень богаты льдом», — сообщил в официальном заявлении EKA ведущий исследователь Томас Уоттерс (Thomas Watters) из Смитсоновского института в США.

По сообщению учёных, толщина ледяного пояса, покрытого «коркой» затвердевшего вулканического пепла и сухой пыли, достигает 3,7 км. Лёд не является кристально чистым, он сильно загрязнён пылью. Хотя присутствие льда вблизи экватора делает его более доступным для будущих экспедиций с людьми, покрывающая лёд «корка» толщиной в несколько сотен метров существенно затруднит доступ к нему.

Около 15 лет назад зонд Mars Express обнаружил необычное отложение мягкой породы протяжённостью почти 5000 км у экватора Марса. Формация получила название Medusae Fossae Formation (MFF). По мнению учёных, формирование MFF было поворотным моментом в истории Марса. Предполагается, что создавшие его извержения выбросили в атмосферу огромное количество газов и водяных паров, кардинально изменивших климат планеты.

Формация Medusae Fossae / Источник изображения: Smithsonian Institution

Считается, что MFF сформировалась в течение последних 3 миллиардов лет из потоков лавы, а затем была покрыта толстым слоем вулканического пепла. Сегодня MFF является самым обильным источником пыли для гигантских сезонных пылевых бурь. Новые наблюдения радара MARSIS миссии Mars Express говорят о том, что формация Medusae Fossae содержит не только пыль.

«Учитывая толщину слоя, если бы MFF представляла собой просто гигантскую кучу пыли, она должна была уплотнится под собственным весом, — считает Андреа Чикетти (Andrea Cicchetti) из Национального института астрофизики Италии. — Это создало бы что-то гораздо более плотное, чем то, что мы на самом деле видим при помощи MARSIS». Отложения имеют низкую плотность и довольно прозрачны для радара MARSIS, что больше всего похоже именно на сигнатуру водяного льда.

Участок Марса, просканированный радаром MARSIS / Источник изображения: Smithsonian Institution

Водяной лёд на Марсе неоднократно обнаруживался и раньше. В 2008 году миссия NASA Phoenix обнаружила лёд прямо под слоем пыли на месте посадки спускаемого аппарата, а остатки реликтовых ледников были обнаружены в Восточном Лабиринте Ноктиса, который находится всего в 7,3 градусах к югу от экватора. Присутствие подземного водяного льда в низких и экваториальных широтах намекает на то, насколько сильно отличался климат Марса в далёком прошлом.

Образование огромных залежей водяного льда в экваториальном районе Марса может являться результатом изменения наклона оси Красной планеты, который менялся довольно хаотично. В настоящее время полюса Марса наклонены к эклиптике на 25 градусов (наклон Земли составляет 23 градуса), но в прошлом этот угол мог меняться от 10 до экстремальных 60 градусов. В периоды сильного наклона, когда полюса планеты попеременно оказывались значительно ближе к Солнцу, чем экваториальная часть планеты, в районе экватора в больших количествах образовывался водяной лёд, который затем оказался погребён под слоем пепла и пыли.

Новое открытие описано в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.