Разработано руководство по исследованию образцов с Марса перед их доставкой на Землю

Марс — недружелюбная пустынная планета. Миллиарды лет назад всё было иначе. Например, в кратере Езеро, питаемом обширной речной дельтой, вероятно, существовал крупный водоём размером примерно с Боденское озеро. Там могли сложиться условия, благоприятные для жизни.

Уже более четырёх лет исследует высохший кратер Езеро марсоход Perseverance (НАСА). Он не только проводит научные измерения на месте, но и собрал 33 образца горных пород, грунта и атмосферы, часть из которых надёжно хранится на борту. Их должна доставить на Землю будущая миссия.

Следы жизни?

Кратер Езеро недавно привлёк внимание, когда исследователи обнаружили на скальном образовании Cheyava Falls небольшие пятна, напоминающие леопардовый узор. Структуры указывают на присутствие двух минералов, которые могут иметь органическое и микробное происхождение. На Земле такие минералы встречаются в осадочных породах или разлагающейся органике. Однако только анализ образцов этих структур на Земле позволит с высокой степенью уверенности подтвердить или опровергнуть, что они указывают на прошлую жизнь на Марсе.

«Исследование горных пород и образцов марсианской атмосферы на Земле откроет новую главу в изучении Марса и поможет понять нашу соседнюю планету гораздо лучше, чем сегодня», — говорит Андреас Пак из Центра геонаук Гёттингенского университета.

За последние два года международная команда из 21 исследователя под руководством космических агентств НАСА и ЕКА изучала, как с научной точки зрения работать с образцами Perseverance на Земле. Всестороннее исследование теперь опубликовано в журнале Astrobiology.

Среди авторов, отобранных НАСА и ЕКА из многочисленных заявок из США, Канады и 22 стран-членов ЕКА, Кристиан Шрёдер из MPS и Андреас Пак — единственные представители немецких научных учреждений. НАСА недавно наградило команду NASA Group Achievement Award. В другом отчёте в том же журнале исследуется, как защитить марсианские образцы от земного загрязнения. Один из соавторов — Кристоф Буркхардт из MPS.

Лабораторные тесты для окончательной уверенности

Образцы, собранные марсоходом Perseverance, содержат ценную информацию о формировании и дальнейшем развитии Марса и могут помочь ответить на вопрос, существовала ли когда-либо жизнь на соседней планете. Измерения, проведённые Perseverance на Марсе, на это указывают, но не дают уверенности.

«Чтобы с максимально возможной уверенностью оценить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, нам нужно доставить образцы с Марса на Землю и исследовать их здесь», — говорит Шрёдер, учёный MPS и соавтор нового исследования.

Относительно небольшие и немногочисленные научные инструменты на борту Perseverance предлагают очень ограниченные возможности. Только на Земле можно применить широкий спектр аналитических методов, и только здесь измерения могут быть проведены с высочайшей чувствительностью и точностью.

В своём текущем отчёте 21 учёный определил, какие измерения должны пройти марсианские образцы, чтобы полностью раскрыть их потенциал. Исследователи надеются получить новые данные о формировании планет, геофизической и геохимической эволюции Марса, астробиологии, а также ценную информацию для будущих, возможно, даже пилотируемых миссий на Марс.

В отчёте также проясняются практические вопросы обращения с образцами: какие измерения следует провести как можно быстрее? Ведь некоторые свойства образцов могут измениться после вскрытия пробирок. Например, под влиянием влаги и кислорода. И какие измерения могут доказать наличие жизни в образцах или исключить возможную биологическую опасность?

Приёмное учреждение для образцов с 18 инструментами

Попав на Землю, марсианские образцы сначала поступят в Приёмное учреждение для образцов (Sample Receiving Facility). Согласно рекомендациям экспертов, оно должно быть оснащено 18 научными инструментами, включая рентгеновский томограф, электронный микроскоп и различные масс-спектрометры.

В Приёмном учреждении учёные сначала опишут и каталогизируют образцы для дальнейшего использования и оценят потенциальную биологическую опасность, которую они представляют. После этого можно будет провести все срочные исследования. Важный вывод отчёта: большинство необходимых с научной точки зрения измерений следует провести позже вне Приёмного учреждения в специализированных лабораториях.

Своего рода конкурсный отбор решит, какие лаборатории по всему миру получат части бесценного материала. Эта процедура гарантирует, что образцы попадут в самые опытные и квалифицированные руки. Исследователи из Гёттингена надеются получить как образцы пород, так и газовые пробы от Perseverance.

Взгляд на изотопы

Исследователи под руководством Пака из Центра геонаук Гёттингенского университета хотят определить соотношение изотопов кислорода в марсианской атмосфере, которая была запечатана в пробирках вместе с породами. Изотопы — это варианты одного и того же элемента, которые отличаются только количеством нейтронов в ядре. Изотопный состав кислорода марсианской атмосферы позволяет сделать выводы об обмене углекислым газом между поверхностью и атмосферой и даёт, например, представление о климатическом развитии нашей соседней планеты.

В MPS основное внимание уделяется изотопам металлов в образцах горных пород. С их помощью исследователи могут получить информацию о возрасте материала, о том, где в Солнечной системе он возник и как эволюционировал. Исследователи MPS уже изучали таким образом образцы с астероида Рюгу.

Для этого материал сначала растворяют в кислоте, а затем анализируют на высокоспециализированных масс-спектрометрах. Поскольку этот метод анализа разрушает образец, крайне важно получать надёжные результаты даже из самых малых количеств материала.

«В Гёттингене у нас есть опыт и инфраструктура для анализа марсианских образцов на высочайшем международном уровне», — говорит Торстен Кляйне, директор MPS.

Дальнейшие исследования можно будет провести на других установках. Шрёдер, например, сосредоточен на измерениях с использованием высокоэнергетического гамма-излучения, генерируемого ускорителями частиц. Это позволит проследить взаимодействие железосодержащих минералов в образце с органическим материалом.

Неопределённое будущее

В настоящее время неясно, будут ли и когда образцы с Марса от Perseverance доставлены на Землю в рамках совместной миссии НАСА и ЕКА. Первоначальный график был намечен на начало 2030-х годов, но с тех пор несколько раз менялся. Однако опубликованные сейчас исследования ценны и для проектов других космических агентств. Например, Китайское национальное космическое управление в настоящее время готовит собственную миссию по возвращению образцов с Марса, которая, как ожидается, доставит желанный материал на Землю уже к 2030 году.