Структура мінералів Марса: ключ до пошуку життя

Вічне питання про те, чи існувало колись життя за межами Землі, продовжує надихати людство на дослідження космосу. Червона планета, Марс, давно перебуває в центрі цієї уваги, адже численні дані свідчать про те, що в далекому минулому вона була значно теплішою та вологішою, ніж сьогоднішній холодний і сухий світ. Пошук остаточних доказів минулого життя на Марсі є однією з ключових цілей сучасної планетології, і нове дослідження міжнародної групи вчених робить нас на крок ближчими до розуміння того, чи могли колись існувати на цій планеті умови, сприятливі для виникнення та підтримки життя.

Дослідники, аналізуючи дані, зібрані марсоходом Perseverance агентства NASA, виявили переконливі докази численних епізодів формування мінералів безпосередньо під поверхнею Марса. Ці знахідки, опубліковані в авторитетному науковому журналі Science Advances, не лише підтверджують наявність води в минулому планети, але й розкривають складну історію її взаємодії з гірськими породами, що має вирішальне значення для оцінки потенційної життєздатності Марса мільярди років тому.

Марсохід Perseverance, який здійснив посадку в кратері Єзеро в лютому 2021 року, методично досліджує цю інтригуючу ділянку Червоної планети. Кратер Єзеро був обраний для місії не випадково: супутникові дані вказують на те, що мільярди років тому він був заповнений водою, утворюючи велике озеро з дельтою річки, що впадала в нього. Такі умови на ранній Землі були колискою життя, тому Єзеро вважається одним із найперспективніших місць для пошуку біосигнатур — ознак давнього мікробного життя. Одним із ключових завдань Perseverance є збір та зберігання зразків марсіанських порід, які в майбутньому планується доставити на Землю для детального аналізу в лабораторних умовах.

Центральне місце в новому дослідженні посідають сульфатні мінерали. «Сульфатні мінерали існують із різною кількістю води в більшості регіонів Марса і дозволяють нам зрозуміти, як вода переміщувалася по планеті, що є ключовим для розуміння її минулої життєздатності», — пояснює доктор Майкл Джонс з Квінслендського технологічного університету в Австралії, співавтор дослідження. Ці мінерали, такі як гіпс (кальцій сульфат дигідрат) або басаніт (кальцій сульфат напівгідрат), утворюються лише в присутності води, і їхній тип та структура можуть розповісти про умови, за яких вони формувалися: температуру, солоність води, тривалість її існування.

Однак, як зазначає доктор Джонс, «ми ще не до кінця розуміємо, як і коли ці мінерали утворилися». Досі аналіз марсіанських мінералів значною мірою покладався на визначення їхнього хімічного складу. Але для повного розуміння історії породи важливо знати не лише хімію, але й внутрішню кристалічну структуру мінералів. Саме структура несе в собі «відбиток пальців» умов формування. «Наша команда знайшла спосіб виміряти внутрішню кристалічну структуру цих мінералів безпосередньо в породі, що раніше вважалося неможливим на поверхні Марса», — підкреслює вчений.

Для досягнення цього прориву дослідники адаптували інноваційний аналітичний метод, відомий як «картування методом рентгенівської дифракції зворотного розсіювання» (X-ray Backscatter Diffraction Mapping). Вони застосували його до даних, отриманих за допомогою одного з ключових інструментів на борту Perseverance — PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry). PIXL використовує вузько сфокусований рентгенівський промінь для аналізу хімічного складу марсіанських порід із надзвичайно високою деталізацією, буквально на рівні окремих зерен мінералів. Адаптований метод дифракції дозволив команді піти далі простого хімічного аналізу. Дифракційне картування використовує складні візерунки, що виникають при розсіюванні рентгенівських променів на кристалічній ґратці мінералу, для створення детальних карт властивостей матеріалу, включаючи орієнтацію кристалів.

Застосувавши цей потужний підхід до даних PIXL, зібраних у частині кратера Єзеро, відомій як формація Шенендоа (Shenandoah), команда змогла визначити орієнтацію кристалічних структур марсіанських мінералів. Це дало змогу розшифрувати їхню історію: як і коли вони росли, та за яких фізико-хімічних умов це відбувалося. Аналіз показав наявність щонайменше двох різних «генерацій» мінералів сульфату кальцію, що утворилися під поверхнею у формації Шенендоа. Сульфат кальцію — це природний мінерал, найвідомішою формою якого є гіпс, що широко використовується на Землі, наприклад, у будівництві та навіть у пивоварінні.

Виявлення двох різних генерацій сульфатів кальцію, що сформувалися в різний час або за різних умов під поверхнею Марса, є надзвичайно важливим. Це вказує на те, що історія взаємодії води з породами у формації Шенендоа була складною та багатоетапною. Можливо, були періоди висихання та повторного зволоження, або змінювався хімічний склад підземних вод. Кожен із цих епізодів міг створювати унікальні умови, потенційно придатні для існування мікробного життя, якщо воно колись виникло на Марсі.

«Це відкриття підкреслює різноманітність середовищ, що існували в історії формації Шенендоа, вказуючи на численні потенційні вікна можливостей, коли життя могло бути можливим на Марсі», — підсумовує доктор Джонс. Той факт, що ці мінерали утворилися під поверхнею, також є важливим, оскільки підповерхневі середовища могли бути захищені від суворих умов на поверхні Марса, таких як інтенсивне ультрафіолетове випромінювання та різкі перепади температур, що робить їх більш привабливими з точки зору потенційної життєздатності.

Хоча нове дослідження не надає прямих доказів існування життя на Марсі, воно є важливим кроком у розумінні минулого Червоної планети. Детальне вивчення мінералогічної історії за допомогою передових інструментів, таких як PIXL на борту Perseverance, дозволяє реконструювати умови, що панували мільярди років тому, і оцінити, наскільки вони були сприятливими для виникнення та існування живих організмів. Кожна така знахідка додає важливий шматочок до складної мозаїки марсіанської історії та наближає нас до відповіді на одне з найфундаментальніших питань людства. Майбутня доставка зібраних Perseverance зразків на Землю обіцяє ще глибше розуміння цих процесів та, можливо, остаточну відповідь щодо минулого життя на Марсі.