Марсоход НАСА Perseverance уже пять лет работает в кратере Джезеро, ища «химические следы», оставленные различными геологическими или химическими процессами на Марсе миллиарды лет назад. Ранее он обнаруживал органический углерод внутри нескольких пород, но чтобы его обнаружить, потребовалось бурение или истирание.Последние результаты показывают, что в районе обнажения под названием Neretva Vallis на краю древнего русла реки Perseverance обнаружил сложный макромолекулярный углерод непосредственно на поверхности обнаженных пород.
Эшли Мерфи, ведущий автор исследования и научный сотрудник Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, сказала: «Насколько нам известно, это тот случай, когда органическое вещество было обнаружено на самом мелком уровне на поверхности Марса». На Земле такие многочисленные макромолекулярные углеродные материалы обычно подразумевают, что они имеют биологическое происхождение. Однако до сих пор не удается сделать выводы о том, какой углерод находится на этой породе под названием «Светлый ангел» и откуда он берется. Боюсь, чтобы действительно узнать ответ, образец придется вернуть в земную лабораторию.
Прибор УФ-Раман фиксирует сигнал «макромолекулярного углерода»
Ключ к этому открытию лежит в ультрафиолетовом рамановском спектрометре роботизированной руки «Perseverance» — SHERLOC, что означает «Сканирование обитаемой среды с помощью комбинационного рассеяния света и люминесценции на предмет органических веществ и химикатов». Прибор излучает на цель лазер глубокого ультрафиолета, а затем анализирует крошечные изменения в энергии отраженного света, чтобы определить наличие определенных химических связей.
Между 1180 и 1218 марсианскими днями (сол) «Персеверанс» направил свой ультрафиолетовый лазер на четыре точки наблюдения в районе Яркого Ангела. Один из камней, названный «Гора Парохода», рассматривался как обычный камень и использовался в качестве контрольного образца. Спектральные сигналы трех других камней, названных «Водопад Чеява», «Храм Аполлона» и «Поляны Валгаллы», показывают присутствие макромолекулярного углерода. Этот сигнал называется «графитовой полосой» (G-band), которая характеризуется сложной сеткой, сшитой большим количеством восстановленных атомов углерода. Он обладает высокой химической и термической стабильностью и не легко разлагается.
С точностью приборов Персеверанса этот материал аналогичен земному керогену. Но исследовательская группа намеренно избегала использования термина «кероген», поскольку на Земле кероген почти полностью получен из биологического материала, в основном из останков микроорганизмов, захороненных в течение миллионов лет. Мерфи объяснил: «Слово «кероген» имеет очевидное биогенное значение, и мы предпочитаем использовать слово «макромолекула углерод», чтобы указать, что его происхождение неясно и может быть либо биологическим процессом, либо небиологическим процессом». Команда особо подчеркнула, что макромолекулярный углерод, обнаруженный в настоящее время в марсианских породах, вполне может быть произведен неживыми процессами.
Устранить «инструментальные артефакты» и «загрязненных пассажиров».
В такой деликатной работе по обнаружению аномальный результат обычно вызывает два основных вопроса: является ли это артефактом самого прибора? Могут ли это быть загрязнители, принесенные с земли? Исследовательская группа также последовала этой идее и исследовала одно за другим.
Во-первых, ученые были обеспокоены тем, что обнаруженный сигнал исходил от переднего окна SHERLOC из плавленого кварца, а не от поверхности камня. Стоит отметить, что «Светлый ангел» — это место, где ШЕРЛОК провел свои первые научные наблюдения после разрушения пылезащитного чехла. Поскольку механизм фокусировки был вынужден деактивироваться, команде пришлось принять новую рабочую модель. Чтобы подтвердить работу в новом режиме, заместитель главного исследователя SHERLOC Кайл Укерт из Лаборатории реактивного движения (JPL) в США и его коллеги провели спектроскопические испытания резервной летной оптики в наземной лаборатории и неоднократно наблюдали пустые области и известные калибровочные цели на Марсе, чтобы проверить, работает ли прибор нормально.
Окончательное подтверждение пришло от объекта сравнения «Пароходный холм». Укерт сказал: «Нет спектральных сигналов G-диапазона от других близлежащих каменных целей». Это показывает, что сигнал графитовой полосы на камне «Яркий ангел» исходит не от оборудования инструмента, а действительно связан с материалом на поверхности конкретного камня.
Второй вопрос — риск загрязнения: могут ли эти органические вещества быть «автостопом», привезенным марсоходом с Земли? Ученые отметили, что сверло, используемое «Персеверансом» для шлифовки поверхности камня, было строго стерилизовано перед запуском, и такого сильного сигнала G-диапазона никогда раньше не наблюдалось, когда оно использовалось на многих камнях в кратере Джезеро. Что еще более важно, скала «Водопад Чеава» никогда не подвергалась непосредственному контакту с каким-либо оборудованием, и марсоход удаляет пыль с ее поверхности только за счет инъекции азота. Контрольная скала «Пароходная гора» снова показала пустоту — никаких спектральных признаков какого-либо органического вещества. Укерт подчеркнул: «В его спектре нет никаких свидетельств присутствия органического вещества». Основываясь на этих шагах по исключению, команда считает, что макромолекулярный углеродный сигнал на камне «Яркий ангел», скорее всего, является местным марсианским материалом, а не загрязнением с Земли.
Связан с различными минералами, что позволяет предположить множественные явления «секвестрации углерода».
После подтверждения того, что сигнал является подлинным и надежным, исследовательская группа дополнительно проанализировала минеральные комбинации вблизи этих макромолекулярных углеродов, надеясь сделать вывод о процессе образования и обогащения углеродных материалов. «Эти связанные химические среды позволяют предположить, что внедрение углерода могло произойти как минимум в двух отдельных событиях в геологической истории», — сказал Мерфи.
В скалах Храма Аполлона макромолекулярные сигналы углерода концентрируются с карбонатными и сульфатными минералами — минералами, которые обычно являются продуктом воды, протекающей внутри старых пород и оседающей в порах. В породах «Вальгаллы» макромолекулярный углерод распространен в богатых кремнеземом осадках. Мерфи считает, что эта разница, вероятно, отражает как минимум два периода хранения: во-первых, когда органическое вещество было захоронено в камнях вместе с илистыми отложениями на дне древних озер; во-вторых, когда в более позднее время грунтовые воды снова протекли через эти погребенные породы, оставив на месте вместе с углеродным материалом новые карбонатные и сульфатные минералы.
Однако ключевой вопрос о том, действительно ли углерод в камнях Яркого Ангела является остатком древней марсианской жизни, в краткосрочной перспективе останется открытым. Укерт сказал: «Целью разработки научной полезной нагрузки «Настойчивости» является не прямое различие между абиотическими и биологическими процессами, а идентификация наиболее ценных и показательных образцов горных пород на Марсе для подготовки к возможным будущим миссиям по сбору образцов».
Earth Lab должна дать более четкий ответ
Кевин П. Хэнд, главный научный сотрудник проекта «Настойчивость» и исследователь Лаборатории реактивного движения, отметил, что, хотя нынешние инструменты достаточно продвинуты, их возможности все еще ограничены по сравнению с «аналитическими технологиями мирового класса» на Земле. «Комбинация инструментов, имеющихся на борту марсохода, превосходна, но она меркнет по сравнению с первоклассными технологиями, доступными в наших наземных лабораториях», — сказал Хэнд.
Хэнда особенно интересуют изотопные характеристики углерода в породах Яркого Ангела, поскольку ожидается, что соотношения изотопов дадут ключ к разгадке участия жизни. Он также надеется проанализировать хиральность этих родственных углероду молекул в будущем — в жизненных системах на Земле предпочтение молекулой определенного «хирального» направления является сильным биологическим сигналом. Хэнд добавил: «Если у нас будет возможность доставить образцы обратно на Землю, мы также сможем использовать самые мощные микроскопы для поиска возможных микробных окаменелостей, тем самым предоставляя более интуитивные доказательства прошлой деятельности жизни на Марсе».
В то же время исследовательская группа также подчеркнула, что в настоящее время нет недостатка в неживых механизмах производства этого типа макромолекулярного углерода. В некоторых средах реакции между жидкостями и горными породами могут синтезировать органические соединения вообще без участия жизни. Мерфи отмечает, что на Земле углерод, обнаруженный рядом с карбонатными минералами, иногда можно объяснить химическими реакциями вода-порода, а иногда и микробной активностью, в зависимости от геологической среды. Хэнд выразил надежду, что «Персеверанс» сможет найти на Марсе больше таких камней, достойных углубленного изучения, прежде чем образцы будут доставлены обратно на Землю.
«Прямо сейчас мы исследуем территорию за пределами кратера Джезеро — и камни на нашем нынешнем пути, вероятно, будут одними из самых старых, которые когда-либо изучал марсоход», — сказал Хэнд. «Если жизнь существовала на Марсе на ранних этапах его эволюции, мы можем найти некоторые подсказки в этих древних камнях». Этот результат исследования был опубликован в журнале Science Advances (Научные достижения), номер статьи — 2026 adx0047.