Новое исследование показывает, что на древнем Марсе, по всей вероятности, было достаточно химической энергии, чтобы микробы могли процветать под землей. «Основывая на фундаментальных физических и химических расчетах, мы показали, что у подповерхностного слоя древнего Марса, вероятно, было достаточно растворенного водорода для питания глобальной подповерхностной биосферы», говорит Джесси Тарнас, аспирант Университета Брауна и ведущий автор исследования, опубликованного в Earth and Planetary Science Letters».
«Условия в этой потенциально пригодной для обитания зоне могли быть похожими на земные места, где существует подземная жизнь».
Где на Марсе прячется жизнь?
Земля — дом для так называемых подповерхностных литотрофных микробных систем. В отсутствие солнечного света, эти подземные микробы зачастую берут свою энергию, отрывая электроны от молекул в окружающей среде. Растворенный молекулярный водород — прекрасный донор электронов. Он питает таких микробов на Земле.
Новое исследование показывает, что радиолиз, процесс, в процессе которого излучение разрушает молекулы воды на составляющие водород и кислород, мог создать много водорода в древней марсианской подповерхности. По оценкам ученых, концентрация водорода в коре 4 миллиарда лет назад должна была быть примерно сопоставимой с земной, которая кормит множество микробов сегодня.
Эти выводы не означают, что жизнь определенно существовала на древнем Марсе, но они предполагают, что если бы жизнь действительно появилась, марсианская подповерхность имела бы необходимые компоненты для поддержания ее на протяжении сотен миллионов лет. Эта работа также имеет значение для будущего исследования Марса, поскольку области, где древняя подповерхность выходит наружу, могут быть отличным местом для поиска прежней жизни.
Уходим в подполье
С тех пор, как выяснилось, что на Марсе когда-то текли реки и озера, ученые одержимы возможность того, что Красная планета могла когда-то хранить жизнь. Но хотя свидетельства существования воды в прошлом неопровержимы, непонятно, на протяжении какой части марсианской истории вода на самом деле текла. Лучшие климатические модели раннего Марса дают температуры, которые едва ли превышают точку замерзания, а значит влажные периоды планеты могли быть очень скоротечны. Это не лучший сценарий для поддержания жизни на поверхности в течение длительного времени, и поэтому некоторые ученые полагают, что под поверхностью прошлая марсианская жизнь могла чувствовать себя лучше.
«Рождается вопрос: какой была природа этой подповерхностной жизни, если таковая существовала, и где она брала свою энергию?», говорит Джек Мастард, профессор факультета Земли, окружающей среды и планетарных наук Брауновского университета, соавтор исследования. «Мы знаем, что радиолиз помогает обеспечивать энергией подземных микробов на Земле, поэтому Джесси решил продолжить эту историю с радиолизом на Марсе».
Ученые изучили данные гамма-лучевого спектрометра, который летает на борту аппарата Mars Odyssey. Они составили карту распространенности радиоактивных элементов тория и калия в марсианской коре. Отталкиваясь от карты, им удалось найти и третий радиоактивный элемент, уран. Распад трех этих элементов обеспечивает радиацию, которая приводит к радиолитическую распаду воды. И поскольку эти элементы распадаются с определенной скоростью, модель распространенности можно использовать, чтобы рассчитать наличие элементов 4 миллиарда лет назад. Так у команды появилась идея радиоактивной вспышки, которая активно подталкивала радиолиз.
Следующим шагом было оценить, сколько воды было доступно для этой радиации. Геологические данные свидетельствуют о том, что в пористых породах древней марсианской коры было много грунтовых вод, прорывающихся через поры. Ученые использовали измерения плотности марсианской коры, чтобы приблизительно оценить, сколько пор было доступно для заполнения водой.
Наконец, команда использовала геотермальные и климатические модели, чтобы определить, где могла бы находиться древняя жизнь. Должно было быть не так холодно, чтобы не вся вода замерзла, но и не сильно тепло.
Объединив эти анализы, ученые пришли к выводу, что Марс, вероятно, имел глобальную подповерхностную потенциально обитаемую зону в несколько километров толщиной. В этой зоне производство водорода в процессе радиолиза генерировало более чем достаточно химической энергии для поддержания микробной жизни, если исходить из того, что нам известно на Земле. И эта зона должна была сохраняться сотни миллионов лет.
Эти выводы сохранялись, даже когда ученые моделировали различные климатические сценарии — некоторые теплее, некоторые холоднее. Что примечательно, по словам Тарнаса, количество подземного водорода, доступного в качестве источника энергии, растет в чрезвычайно холодных климатических сценариях. Потому что более толстый слой льда над зоной обитаемости служит крышкой, которая не дает водороду убегать из подповерхности.
«У людей есть представление о том, что холодный климат раннего Марса плох для жизни, но как мы видим, в холодном климате больше химической энергии для жизни под землей», говорит Тарнас. «Мы думаем, что это может изменить отношение людей к климату и прошлой жизни на Земле».
Последствия исследования
Тарнас и Мастард говорят, что эти выводы помогут в понимании, куда отправлять следующий космический аппарат, который займется поиском признаков жизни на Марсе.
«Один из самых интересных вариантов исследования это поиск блоков мегабрекчии — кусков породы, которые были вырваны из земли в процессе удара метеорита», говорит Тарнас. «Многие из них поступили с глубины обитаемой зоны, а теперь находятся, зачастую нетронутые, на поверхности».
Мастард, который активно участвовал в процессе выбора места посадки ровера Mars 2020, говорит, что такого рода блоки брекчии присутствуют как минимум в двух местах, которые рассматривали в NASA: Northeast Syrtis Major и Midway.
«Миссия ровера 2020 будет заключаться в поисках признаков жизни», говорит Мастард. «Области, где у вас могут быть остатки подземной обитаемой зоны — которая, возможно, была самой большой обитаемой зоной на планете — кажутся хорошим местом для поиска».
