Жизнь на Марсе: прошлое, настоящее и будущее

Время чтения: 11 минут

Ответ на вопрос о наличии жизни на Марсе стал чем-то вроде Святого Грааля современной науки – такое впечатление, что его ищут все, но с одинаковой мерой безуспешности. В XIX веке астрономы пристально изучали Красную планету с помощью телескопов, пытаясь разглядеть неуловимые «каналы», свидетельствующие о присутствии там высокоразвитой цивилизации. В XX веке ученые рассматривали первые фотографии марсианской поверхности, переданные космическими аппаратами, выискивая хоть какие-то видимые признаки жизни. В XXI веке пришел черед анализа данных, собранных марсоходами…

Но, несмотря на то, что за последние пару десятилетий мы узнали о Марсе больше, чем за всю предыдущую историю, вопрос о его возможной обитаемости все еще остается открытым. Мы точно знаем, что в далеком прошлом там имелись условия для старта биологических процессов. Однако наличие подходящих условий не приводит автоматически к появлению жизни. И даже если на заре своей эволюции соседняя планета действительно была обитаема – сумеем ли мы в принципе найти надежные свидетельства, позволяющие это однозначно подтвердить?

К сожалению, мы до сих пор не имеем ответов на эти вопросы. И сделанные за последние месяцы открытия только подливают масла в огонь дискуссий о потенциальной обитаемости Марса.

«Черная красавица» и остывание Марса

На данный момент межпланетные миссии по доставке образцов марсианского грунта для исследований в земных лабораториях существуют исключительно на бумаге. В лучшем случае мы можем ожидать их реализации к концу следующего десятилетия. К счастью, в распоряжении ученых все же имеется некоторое количество вещества Красной планеты. Речь идет о т.н. марсианских метеоритах. Их происхождение удалось определить благодаря изотопному анализу. Эти камни были выбиты с поверхности Марса ударами астероидов или покинули его во время катастрофических извержений. После миллионов лет странствий по просторам космоса они упали на Землю.

Фрагмент метеорита «Черная красавица» (Black Beauty) массой 320 г, обнаруженный в 2011 г. в пустыне Сахара и получивший обозначение NWA 7034 В ходе исследований, финансируемых NASA, было доказано, что он представляет собой фрагмент марсианской коры, выброшенный в космос в результате удара крупного метеорита свыше 2 млрд. лет назад. Его характерной особенностью является высокое содержание воды. В других известных «камнях с Марса» ее на порядок меньше. Это говорит о том. что в начале последней исторической эпохи Красной планеты, называемой «Амазонианской эрой», там еще могли существовать открытые водоемы.

Один из наиболее известных марсианских метеоритов носит название «Черная красавица» (NWA 7034). Этот кусок вулканической брекчии оказался в межпланетном пространстве примерно 2 млрд. лет назад и был обнаружен в 2011 г. в пустыне Сахара. Вскоре стало очевидно, что он представляет огромную научную ценность. Неудивительно, что сейчас его фрагменты продают по цене около 10 тыс. долларов США за грамм.

Химический анализ «Черной красавицы» уже привел к нескольким важным научным открытиям. В метеорите содержится большое количество сидерофильных элементов (часто сопутствующих железу), в том числе иридия, платины и золота. По мнению специалистов, это свидетельствует о том, что в первые несколько миллионов лет после формирования соседняя планета пережила столкновение с крупным телом, по размеру сопоставимым с карликовой планетой Церерой. Оно могло привести к формированию Великой Северной равнины, занимающей почти все северное марсианское полушарие.

Еще более интересное открытие сделала группа планетологов из датского Центра изучения образования звезд и планет. В статье, опубликованной в журнале Nature, они рассказали о результатах анализа микрокристаллов циркона, содержащихся в «Черной красавице». Измерив степень распада урана, «запертого» в цирконе в момент затвердевания расплавленной поверхности Марса, исследователи смогли точно определить возраст коры, в которой образовался минерал.

Результат удивил ученых. Оказалось, что внешний слой Марса затвердел уже 4547 млн. лет назад – всего через 20 млн. лет после образования планеты и как минимум на 130 млн. лет раньше, чем сформировалась земная кора. Прежние математические модели предполагали, что на полное затвердевание поверхности Красной планеты ушло не менее 100 млн. лет.

Если результаты анализа метеорита верны, это значительно расширяет потенциальное «окно» для зарождения жизни на Марсе. Во времена, когда Земля еще была полностью покрыта жидкой магмой, соседняя планета уже обладала сформировавшейся поверхностью, которая могла поддерживать водные океаны. Это дает дополнительные 100 млн. лет на возникновение и развитие гипотетических марсианских живых организмов.

Просто добавь воды

Предположим, что в далеком прошлом на Марсе действительно появилась жизнь. Могла ли она сохраниться до наших дней? Красная планета 4 млрд. лет тому назад и она же в настоящее время – это два совершенно разных мира. Автоматические аппараты собрали множество убедительных свидетельств того, что на ранних стадиях эволюции она обладала полноценной гидросферой и намного более плотной атмосферой. По марсианской поверхности текли реки, впадавшие в постоянные водоемы, сопоставимые по размерам с земными морями.

Но из-за слабой гравитации и остановки механизма «планетного динамо» со временем Марс утратил почти всю газовую оболочку. Вместе с ней он лишился и большей части воды, превратившись в высушенную пустыню, которую мы можем лицезреть на фотографиях, сделанных орбитальными аппаратами. Остатки марсианской Н2О оказались сосредоточены в подповерхностном слое вечной мерзлоты в форме льда.

В принципе, местные организмы могли адаптироваться к постепенным изменениям климата. В качестве примера можно привести некоторые земные бактерии, способные тысячи лет существовать в условиях вечной мерзлоты в режиме спячки. Но им все равно требуется жидкая вода для роста и размножения.

Так мог выглядеть восход Солнца на Марсе 3,5 млрд. лет назад. Остатки этой сравнительно теплой и влажной эпохи ученые сейчас ищут глубоко под марсианской поверхностью.

Сейчас атмосферное давление у поверхности Марса в среднем в 160 раз меньше земного. В таких условиях вода закипает при температуре немногим выше 0°С, что делает невозможным ее стабильное существование в жидком виде. Верхний слой марсианского грунта — тоже не лучшее место для поисков живительной влаги. Как уже известно, он содержит в тысячи раз меньше воды, чем почвы самых засушливых земных пустынь.

Однако ученые не спешат отчаиваться. Пусть сейчас на поверхности Марса и нет водоемов, но они вполне могут находиться в его глубинах – как знаменитые антарктические подледные озера. Не исключено, что один такой водоем уже удалось обнаружить европейскому зонду Mars Express.

В конце июля в журнале Science была опубликована статья группы исследователей из Национального астрофизического института в Болонье, посвященная результатам анализа радарных изображений, которые Mars Express получил в период с 2012 по 2015 гг. Применив новую технику обработки данных, ученые обратили внимание на аномалию в районе Южной равнины (Planum Australe) – сравнительно плоского участка протяженностью около 200 км в южном полярном регионе Красной планеты. Для радара космического аппарата это место выглядит примерно так же, как подледные озера Гренландии и Антарктиды.

Прежде чем объявить об открытии озера, планетологи рассмотрели альтернативные варианты. Высказывались предположения, что сигнал может соответствовать слою замерзшего углекислого газа или просто водяному льду низкой температуры. Но, изучив всю имеющуюся информацию, ученые отвергли эти предположения и вернулись к первоначальной версии.

Данные Mars Express говорят о том, что на глубине 1,5 км под плато находится жидкая прослойка. Ее толщина составляет как минимум несколько десятков сантиметров, а общая протяженность достигает 20 км. Температура подповерхностного водоема, вероятнее всего, заметно ниже нуля. В таких условиях вода остается жидкой благодаря растворенным в ней солям и давлению вышележащих слоев грунта.

Европейский аппарат Mars Express на ареоцентрической орбите в представлении художника. С его помощью ученые надеются отыскать жидкую воду глубоко под марсианской поверхностью. На самой поверхности имеется множество следов, оставленных водными потоками, и отложений, характерных для высохших морей или озер. Однако все эти водоемы существовали миллиарды лет назад и давно исчезли.

Авторы статьи особо отмечают, что Mars Express исследовал лишь незначительную часть Южного плато, а его инструменты позволяют «видеть» только достаточно крупные массы воды. Почти наверняка подобные подповерхностные водоемы существуют и в других частях Красной планеты. Не исключено, что они сообщаются между собой. Если на Марсе и сохранилась какая-то жизнь, то такая глубинная водная система является наиболее вероятным местом ее обитания.

Между 2012 и 2015 гг. аппарат Mars Express провел 29 наблюдений Южной равнины с помощью радара MARSIS. На черно-белое изображение в центре нанесены результаты мониторинга указанного участка прибором TEIS (Thermal Emission Imaging System) американского зонда Mars Odyssey. Различными цветами показана интенсивность отраженного радарного сигнала (белый – слабый, синий – наиболее сильный, горчичный соответствует различным промежуточным значениям). Справа показан разрез исследованного региона, построенный по данным радиолокации. Яркая горизонтальная черта сверху обозначает марсианскую поверхность, под ней находятся слои запыленного льда, а на глубине полутора километров обнаружена «прослойка» с наилучшими отражающими свойствами (отмечена голубым), что может быть объяснено наличием жидкой воды. Размер отражающей области достигает 20 км, примерные координаты ее центра – 81° ю.ш., 193° в.д.
Сложности поиска жизни

Но даже если на Марсе действительно была или до сих пор существует жизнь – сумеем ли мы ее отыскать? Ответ на этот вопрос не настолько очевиден, как может показаться. В 1970-х годах NASA развернула весьма амбициозный эксперимент, призванный раз и навсегда поставить точку в дискуссиях об обитаемости Красной планеты. Севшие на ее поверхность аппараты Viking 1 и Viking 2 провели серию биологических тестов с марсианским грунтом. Однако «эксперимент века» обернулся большим пшиком. Результаты проведенных анализов оказались весьма неопределенными, и аэрокосмическая администрация подверглась серьезной критике по поводу организации миссии.

«Траншея» слева от центра этой фотографии – следы отбора проб марсианского грунта манипулятором посадочного аппарата Viking 1 с целью проведения биологических экспериментов (сам манипулятор виден ниже). Некоторые образцы были взяты с большей глубины, где они теоретически не подвергались воздействию солнечной и космической радиации. Аппарат совершил посадку в районе Золотой равнины (Chryse Planitia) и проработал на поверхности Марса более 6 лет.

Два десятилетия спустя NASA снова заговорила о жизни на Марсе. В этот раз сотрудники агентства рассказали о вероятном обнаружении окаменелостей живых организмов в марсианском метеорите ALH84001. Сообщение вызвало огромный резонанс по всему миру. Даже тогдашний американский президент Билл Клинтон выступил с заявлением по телевидению. И снова NASA не избежала критики со стороны ученых – как из-за поспешной публикации статьи, так и по поводу интерпретации результатов исследований. Дискуссии вокруг АLН84001 продолжаются до сих пор, но общий научный консенсус заключается в том, что аргументы в пользу «окаменелостей» выглядят недостаточно убедительными.

Окаменелости, обнаруженные в марсианском метеорите АL84001 (его нашли в Антарктиде в 1984 г.), стали причиной множества дискуссий о том, не принадлежат ли они древним живым организмам. Эти дискуссии продолжаются по сей день.

Американское космическое ведомство усвоило урок. Нынешние марсианские миссии не занимаются прямыми поисками жизни на Красной планете. Они анализируют состав осадочных пород, чтобы ответить на вопрос о том, каким был климат на Марсе в далеком прошлом, и ищут вещества-биомаркеры, которые могли бы быть произведены живыми существами. С одной стороны, таким путем оберегает себя от нежелательной критики. Но с другой – косвенные данные вряд ли позволят получить долгожданный ответ.

Неудивительно, что в последнее время многие представители научного сообщества призывают оснащать будущие марсоходы специальными биологическими лабораториями, способными напрямую искать следы микроорганизмов в марсианском грунте.

Электронномикроскопический снимок, демонстрирующий загадочные продолговатые структуры в метеорите АL84001

Впрочем, даже положительный результат подобных поисков вряд ли устроит всех ученых. В этой сфере слишком многое зависит от интерпретации данных. Как говорил знаменитый американский астроном, астрофизик и популяризатор науки Карл Саган, экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств. Таким доказательством может стать, например, прямое обнаружение живых существ, которых удастся увидеть (хотя бы в микроскоп) и сфотографировать.

Но если на Марсе когда-нибудь действительно найдут жизнь, это сразу же поставит перед человечеством сложную дилемму. Имеем ли мы право заселять планету, где уже имеется собственная биосфера? Несмотря на кажущуюся надуманность, это действительно важный вопрос. Современные планы по колонизации Марса (вроде тех. которые озвучивает Илон Маск) предполагают его постепенное терраформирование – изменение физических условий у поверхности до состояния, пригодного для жизнедеятельности человека и земных растений «в открытом грунте». Подобная активность со значительной долей вероятности будет губительной для «коренной» марсианской биосферы.

Конечно, если жизнь на соседней планете ограничивается исключительно чем-то вроде микробов – скорее всего, колебания будут недолгими. Но что делать, если там обитают более сложные организмы? Где проходит «запретная черта» и кто имеет право принимать подобные решения?

Впрочем, вначале нужно будет решить чисто технический вопрос…

Можно ли терраформировать Марс?

Разумеется, все рассуждения на эту тему пока остаются умозрительными. В силу огромной сложности межпланетных пилотируемых перелетов человечество в обозримом будущем вряд ли сможет начать полноценную колонизацию Марса. Это вопрос дальней перспективы.

Фантасты и футурологи давно расписали процесс превращения Красной планеты в обитаемый мир. Вначале необходимо растопить марсианские полярные шапки. Они состоят из двух слоев: вверху находится замерзшая углекислота, внизу – смесь водяного льда и пыли. Таяние полярных шапок приведет к высвобождению больших объемов углекислого газа и водяного пара, являющихся мощными парниковыми агентами (они пропускают к поверхности излучение видимого диапазона, но «не выпускают» ее инфракрасное излучение, за счет чего происходит нагрев приповерхностного атмосферного слоя). Газовая оболочка планеты «уплотнится» и ее средняя температура у поверхности вырастет, что сделает возможным стабильное существование воды в жидком виде.

Это изображение было получено с помощью МОС американского космического аппарата MGS (Mars Global Surveyor) 13 марта 1999 года, когда в северном полушарии Красной планеты началась зима. Белые отложения представляют собой «постоянную» часть полярной шапки, состоящую в основном из водяного льда. Её размер превышает тысячу километров. По мере похолодания шапка увеличивается за счёт намерзающей из атмосферы углекислоты.

Далее Марс необходимо «засеять» генно-модифицированными организмами, которые постепенно «переработают» атмосферу, сделав ее пригодной для дыхания. Этот процесс, конечно, растянется на много тысячелетий, но в результате Красная планета станет зеленой, и по ее поверхности можно будет гулять без скафандра.

Все подобные мечты основываются на одном важном допущении. Оно заключается в том, что на Марсе имеется достаточное количество парниковых газов (главным образом углекислоты) для уплотнения атмосферы. Однако, согласно расчетам астрономов Брюса Якоски и Кристофера Эдвардса (Bruce Jakosky, Christopher Edwards), опубликованным в июльском издании Nature Astronomy, на самом деле это не так – на планете попросту нет нужного объема СО, для успешного терраформирования.

По расчетам планетологов, если полностью растопить полярные шапки Марса, его атмосферное давление увеличится всего лишь вдвое (то есть станет не в 160, а в 80 раз меньше, чем на Земле на уровне моря). Ученые также оценили другие потенциальные источники углекислоты – верхний слой марсианского грунта и углеродсодержащие минералы. Если каким-то образом высвободить абсолютно весь заключенный в них СО2, это позволит увеличить давление до 5% от земного.

Впрочем, по мнению авторов статьи, даже используя все доступные источники углекислого газа, в реальности человечество сможет повысить марсианское атмосферное давление максимум до 2% от соответствующего земного показателя. Это увеличит среднюю температуру планеты всего лишь на 10°, чего совершенно недостаточно для стабильного существования воды. Не стоит также забывать, что у Марса нет глобального магнитного поля, и вся высвобожденная углекислота будет безвозвратно «сдуваться» солнечным ветром.

Теоретически существует возможность доставить на Марс недостающие объемы газов «извне» – например, устроив его бомбардировку кометами и астероидами либо каким-то образом «переправив» СО с Венеры, где его имеется с избытком. А для запуска планетного динамо необходима сущая мелочь – расплавить внешние слои марсианского ядра. Другое возможное решение проблемы – строительство в точке Лагранжа L1 системы «Солнце-Марс» космической станции, генерирующей магнитное поле достаточной мощности. Но все эти варианты требуют таких огромных ресурсов и энергозатрат, что выглядят слишком нереальными даже по меркам научной фантастики.

Тем не менее, далеко не все согласны с тем, что идею терраформирования Красной планеты стоит похоронить в зародыше. Тот же Илон Маск уже успел заявить, что в марсианских минералах содержится достаточное для уплотнения атмосферы количество углекислоты, которую вполне реально высвободить. Он сослался на результаты исследований, проведенных другими экспертами-планетологами.
Независимо от того, существует ли в действительности жизнь на Марсе и можно ли в будущем сделать его зеленым, все эти исследования и открытия напоминают нам о главном. У нас есть лишь один «космический дом» – наша Земля. Даже самый суровый уголок нашего мира намного благоприятнее для жизни, чем холодные марсианские пустыни. Поэтому, думая о поисках жизни на других планетах и их терраформировании, нам никогда не следует забывать о сохранении нашей собственной.


Источник: Журнал «Вселенная, пространство, время» №7 (167) 2018
Текст: Кирилл Размыслович

Рейтинг читателей
[Всего: 3 Средний: 5]

Добавить комментарий

0
Web Design BangladeshWeb Design BangladeshMymensingh