Астероиды и водород — отличный рецепт для жизни на Марсе
Новое исследование показывает, что удары астероидов по древнему Марсу могли производить ключевые ингредиенты для жизни, если марсианская атмосфера была богата водородом. Ранняя богатая водородом атмосфера также может объяснить, как планета оставалась пригодной для жизни после её истончения. В исследовании использовались данные марсохода NASA Curiosity, а проводила его команда инструмента SAM на борту ровера совместно с международными коллегами.
Эти ключевые ингредиенты — нитриты (NO2) и нитраты (NO3), фиксированные формы азота, важные для возникновения и поддержания жизни в известной нам форме. Curiosity обнаружил их в образцах почвы и горных пород, взятых в кратере Гейла — месте древних озёр и грунтовых вод на Марсе.
Чтобы понять, как фиксированный азот мог отложиться в кратере, исследователям потребовалось воссоздать раннюю марсианскую атмосферу на Земле. Исследование под руководством доктора Рафаэля Наварро-Гонсалеса из Института ядерных наук Национального автономного университета Мексики использовало комбинацию теоретических моделей и экспериментальных данных для изучения роли водорода в превращении азота в нитриты и нитраты с использованием энергии ударов астероидов. Статья была опубликована в январе в Journal of Geophysical Research: Planets.
В лаборатории группа использовала импульсы инфракрасного лазерного луча для моделирования высокоэнергетических ударных волн от столкновения астероидов с атмосферой. Импульсы фокусировались в колбу со смесями газов — водорода, азота и диоксида углерода, представлявших раннюю атмосферу Марса. После лазерных ударов анализировался полученный состав для определения количества образовавшихся нитратов. Результаты были, мягко говоря, удивительными.
«Большим сюрпризом стало то, что выход нитратов увеличивался, когда водород включался в лазерные эксперименты, моделирующие удары астероидов», — сказал Наварро-Гонсалес. «Это было нелогично, поскольку водород приводит к бедной кислородом среде, а образование нитратов требует кислорода. Однако присутствие водорода приводило к более быстрому охлаждению нагретого ударом газа, улавливая оксид азота, предшественник нитрата, при повышенных температурах, где его выход был выше».
Хотя эксперименты проводились в контролируемой лабораторной среде за миллионы километров от Красной планеты, исследователи хотели смоделировать результаты, полученные Curiosity с помощью инструмента SAM. SAM анализирует образцы, пробуренные из породы или собранные с поверхности механической рукой ровера, нагревая их и изучая химические «отпечатки» выделяемых газов.
«SAM на Curiosity был первым инструментом, обнаружившим нитрат на Марсе», — сказал соавтор статьи Кристофер Маккей из Исследовательского центра NASA Ames. «Из-за низкого уровня газообразного азота в атмосфере нитрат является единственной биологически полезной формой азота на Марсе. Таким образом, его присутствие в почве имеет большое астробиологическое значение. Эта статья помогает нам понять возможные источники этого нитрата».
Почему эффект водорода был таким увлекательным? Хотя поверхность Марса сегодня холодна и негостеприимна, учёные полагают, что более плотная атмосфера, обогащённая парниковыми газами, такими как диоксид углерода и водяной пар, могла согревать планету в прошлом. Некоторые климатические модели показывают, что добавление водорода в атмосферу могло быть необходимо для повышения температуры до уровня, достаточного для существования жидкой воды на поверхности.
«Наличие большего количества водорода в качестве парникового газа в атмосфере интересно как для понимания климатической истории Марса, так и для обитаемости», — сказала Дженнифер Стерн, планетарный геохимик из Центра космических полётов NASA Goddard и один из соисследователей. «Если есть связь между двумя факторами, полезными для обитаемости — потенциально более тёплым климатом с жидкой водой на поверхности и увеличением производства нитратов, необходимых для жизни, — это очень захватывающе. Результаты этого исследования предполагают, что эти два важных для жизни фактора сочетаются, и один усиливает присутствие другого».
Хотя состав ранней марсианской атмосферы остаётся загадкой, эти результаты могут предоставить больше элементов для решения этого климатического пазла.