Curiosity впервые измерил общий органический углерод в марсианских породах
Ученые с помощью данных марсохода Curiosity впервые измерили общий органический углерод — ключевой компонент молекул жизни — в марсианских породах.
"Общий органический углерод — один из нескольких показателей, которые помогают нам понять, сколько материала доступно в качестве основы для пребиотической химии и потенциально биологии", — сказала Дженнифер Стерн из Центра космических полетов имени Годдарда NASA. "Мы обнаружили по меньшей мере от 200 до 273 частей на миллион органического углерода. Это сопоставимо или даже больше, чем количество, обнаруженное в породах в местах на Земле с крайне низкой жизненной активностью, таких как части пустыни Атакама в Южной Америке, и больше, чем было обнаружено в марсианских метеоритах".
Органический углерод — это углерод, связанный с атомом водорода. Он является основой органических молекул, которые создаются и используются всеми известными формами жизни. Однако наличие органического углерода на Марсе не доказывает существование там жизни, поскольку он также может происходить из неживых источников, таких как метеориты и вулканы, или образовываться на месте в результате поверхностных реакций. Органический углерод находили на Марсе и раньше, но предыдущие измерения давали информацию только об отдельных соединениях или захватывали лишь часть углерода в породах. Новое измерение дает общее количество органического углерода в этих породах.
Хотя поверхность Марса сейчас непригодна для жизни, есть свидетельства, что миллиарды лет назад климат был более похож на земной, с более плотной атмосферой и жидкой водой, которая стекала в реки и моря. Поскольку жидкая вода необходима для жизни, как мы ее понимаем, ученые полагают, что марсианская жизнь, если она когда-либо эволюционировала, могла бы поддерживаться ключевыми ингредиентами, такими как органический углерод, при условии его достаточного количества.
Curiosity продвигает область астробиологии, исследуя обитаемость Марса, изучая его климат и геологию. Марсоход пробурил образцы из 3,5-миллиардолетних аргиллитовых пород формации Йеллоунайф-Бей в кратере Гейла — месте древнего озера на Марсе. Аргиллит в кратере Гейла образовался, когда очень мелкие осадки (от физического и химического выветривания вулканических пород) в воде оседали на дне озера и погребались. Органический углерод был частью этого материала и был включен в аргиллит. Помимо жидкой воды и органического углерода, кратер Гейл имел другие условия, благоприятные для жизни, такие как источники химической энергии, низкая кислотность и другие элементы, необходимые для биологии, такие как кислород, азот и сера. "По сути, это место предложило бы пригодную для жизни среду, если бы она когда-либо присутствовала", — сказала Стерн, ведущий автор статьи об этом исследовании, опубликованной 27 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Чтобы выполнить измерение, Curiosity доставил образец в прибор SAM, где печь нагревала порошкообразную породу до постепенно повышающихся температур. В этом эксперименте использовались кислород и тепло для преобразования органического углерода в диоксид углерода (CO2), количество которого измеряется для получения количества органического углерода в породах. Добавление кислорода и тепла позволяет молекулам углерода разрушаться и реагировать углероду с кислородом с образованием CO2. Часть углерода заключена в минералы, поэтому печь нагревает образец до очень высоких температур, чтобы разложить эти минералы и высвободить углерод для его преобразования в CO2. Эксперимент был проведен в 2014 году, но потребовались годы анализа, чтобы понять данные и поместить результаты в контекст других открытий миссии в кратере Гейл. Этот ресурсоемкий эксперимент был проведен только один раз за 10 лет работы Curiosity на Марсе.
Этот процесс также позволил SAM измерить соотношения изотопов углерода, что помогает понять источник углерода. Изотопы — это разновидности элемента с немного разными массами из-за наличия одного или нескольких дополнительных нейтронов в ядре их атомов. Например, углерод-12 имеет шесть нейтронов, а более тяжелый углерод-13 — семь. Поскольку более тяжелые изотопы имеют тенденцию реагировать немного медленнее, чем более легкие, углерод из биологических источников богаче углеродом-12. "В данном случае изотопный состав действительно может сказать нам только то, какая часть общего углерода является органическим углеродом, а какая — минеральным", — сказала Стерн. "Хотя биологическое происхождение нельзя полностью исключить, изотопы также нельзя использовать для подтверждения биологического происхождения этого углерода, поскольку диапазон перекрывается с магматическим (вулканическим) углеродом и метеоритным органическим материалом, которые, скорее всего, и являются источником этого органического углерода".