Существовала ли когда-либо или существует ли в настоящее время какая-либо жизнь на Марсе – один из самых больших научных вопросов нашего времени. Если нам все–таки удастся найти остатки жизни на Марсе, мы, возможно, сможем задать более глубокий вопрос – какова связь между этой жизнью и жизнью на Земле? Связаны ли они или полностью независимы? Это, в свою очередь, подкрепляет наши предположения о том, насколько распространена жизнь во Вселенной. Однако вопрос о жизни на Марсе остается открытым.
Есть, по сути, три направления доказательств, которые мы потенциально можем использовать, чтобы помочь ответить на этот вопрос. Первым, конечно, было бы прямое обнаружение существующей жизни на Марсе. Если в почве Марса все еще происходит обмен веществ у маленьких существ, мы могли бы обнаружить продукты их метаболизма и, возможно, даже самих существ. Второй метод заключается в определении условий для жизни на современном или древнем Марсе. Например, теперь кажется вероятным, что на поверхности древнего Марса была жидкая вода, которая является очень подходящей средой для жизни.
Последний метод заключается в обнаружении ископаемых свидетельств жизни на Марсе. Это не обязательно должны быть буквальные “окаменелости”, как большинство людей понимают этот термин, означающий окаменевшие кости, а скорее какие-то признаки жизни в марсианской среде. Одной из задач марсохода Perseverence на Марсе является поиск этих сигнатур и подготовка образцов для возможного возвращения на Землю. Но не забывайте о марсоходе Curiosity, который все еще курсирует вокруг Марса. Недавно Curiosity завершил анализ марсианской породы, который дал некоторые очень любопытные результаты, которые могут быть возможными признаками прошлой жизни на Марсе (ключевое слово здесь – “возможная”).
Эксперимент включал нагревание 24 различных образцов измельченных горных пород (некоторые из которых, как известно, были взяты из древних пластов) для выделения газов, затем измерение соотношения выделившегося C13 к C12 и определение пониженного содержания C13, что может свидетельствовать о наличии жизни. Здесь необходима некоторая информация. Изотопы – это разные виды элементов с разным количеством нейтронов. Элементы определяются по количеству положительно заряженных протонов, в частности, углерод содержит шесть протонов. Нейтроны не имеют заряда, но влияют на общую массу атомов. Наиболее распространенным изотопом углерода является C12 с шестью протонами и шестью нейтронами. Второй по распространенности изотоп – C13 с семью нейтронами. Оба этих изотопа стабильны, то есть не распадаются со временем.
Не относящийся к данной теме, но для полноты картины, C14 с 8 нейтронами образуется в атмосфере Земли под действием космических лучей. C14 нестабилен, его период полураспада составляет 5730 лет. Растения будут включать в свою структуру небольшое количество C14, исходя из процентного содержания C14 в атмосфере, а затем, когда они умрут, этот C14 со временем распадется на азот-14 (один нейтрон распадается на протон). Таким образом, мы можем измерить соотношение C14 к C12 и C13 в окаменелостях, чтобы определить, как давно они умерли, примерно с точностью до 50 000 лет (тогда C14 будет слишком мало для надежного определения). Это углеродное датирование.
Текущая история не имеет ничего общего с C14, а скорее связана с соотношением C12 и C13. Эти изотопы химически идентичны, но C13 немного тяжелее, чем C12. Это приводит к тому, что растения, которые вдыхают углерод и преобразуют его в сахара в качестве источника энергии, поглощают немного больше C12 по сравнению с C13, чем это соотношение содержится в атмосфере и воде. Большая часть углерода в углеродном цикле приходится на С12, при этом 98,8% С12 содержится в атмосфере. Но в живых организмах его содержание составляет 99,2% – C13 немного истощен, что делает соотношение немного “легче” (так называемое, потому что C12 легче, чем C13). На Земле углеродный цикл широко изучен и хорошо изучен досконально, поэтому мы можем посмотреть на соотношение C12 и C13 и сделать выводы об источнике, в частности, о том, связана ли с ним жизнь.
Сейчас мы пытаемся применить эти знания к Марсу. Атмосфера Марса разрежена, составляет менее 1% от земной, но в основном состоит из углерода, и в прошлом она была намного плотнее. Эксперимент Curiosity показал, что:
“В эти данные включены 10 измеренных значений δ13C менее -70‰, обнаруженных в шести различных местах отбора проб, и все они потенциально связаны с возможной палеоповерхностью”.
По сути, они обнаружили, что в некоторых образцах, взятых из пород, которые считаются древними, содержание C13 снижено. Одним из возможных процессов, которые могут привести к истощению C13, является жизнь, как и на Земле. Однако существуют, по крайней мере, два других не связанных с жизнью процесса, которые также могут привести к истощению C13. Один из них – химический процесс, при котором выделяется метан. Затем этот метан расщепляется ультрафиолетовым излучением, высвобождая в атмосферу углеродсодержащие молекулы, которые затем выпадают дождем на поверхность Марса, впитываясь в горные породы и почву. Углерод из этого источника будет содержать С13. Третья возможность заключается в том, что в какой-то момент в далеком прошлом наша Солнечная система прошла через молекулярное облако в космосе, содержащее C12, который также попал в почву Марциала. Имеющиеся данные согласуются со всеми тремя гипотезами. Теперь ученым предстоит провести дальнейшие эксперименты, чтобы выяснить, какой из них является причиной нехватки C13 в образцах Curiosity. Именно в этих последующих экспериментах проявляется настойчивость, в основном в образцах, которые он готовит для возвращения на Землю.
Основная проблема заключается в том, что мы еще не понимаем, как происходит круговорот углерода на Марсе, и мы не можем предположить, что он совпадает с круговоротом углерода на Земле. Кроме того, круговорот углерода на Земле перегружен процессами жизнедеятельности, поэтому более тонкие химические процессы могут быть полностью скрыты. В то время как на Марсе эти химические процессы могут составлять весь углеродный цикл. Как только мы поймем марсианский углеродный цикл более полно, мы сможем объяснить, что означают различные соотношения изотопов. Возможно, они не означают того, что происходит на Земле.
На данный момент мы снова сталкиваемся с заманчивыми намеками на возможную жизнь на Марсе, но ничего определенного. Иногда наука может быть удручающе медлительной, но этим вопросом стоит заняться, и приятно знать, что НАСА и другие ученые занимаются им.
