Вода на Марсе: очень холодная и очень солёная, для жизни не годится

Недавние наблюдения вызвали предположения, что на поверхности Марса может существовать вода в жидком состоянии, хотя бы в виде солевых растворов.

Вода на Марсе: очень холодная и очень солёная, для жизни не годится
Сезонные потоки на склонах, кратер Хейла (Hale Crater). Псевдоцвета в инфракрасном и видимом диапазоне.

Расчёты показывают, что такие растворы, если и образуются, будут устойчивы на части поверхности и только в течение небольшого периода времени в году, а их условия (температура и солёность) находятся за пределами диапазона, в котором возможна привычная нам жизнь.

Из-за низкой температуры, давления и сухой атмосферы на Марсе капля пресной воды, образовавшаяся на его поверхности, должна мгновенно замёрзнуть, вскипеть или испариться. Такая же судьба ожидает водяной лёд на большей части поверхности — он должен быстро сублимироваться (испаряться без таяния). Если вода содержит растворённые соли, её температура замерзания будет ниже, и физические условия в определённых районах планеты могут оказаться благоприятными для сохранения жидкой фазы в течение некоторого времени. Поскольку на Марсе есть соли, там теоретически возможны и соляные растворы (рассолы). Статья, опубликованная в мае 2020 г. в журнале Nature Astronomy, описывает результаты моделирования фазовых диаграмм растворов солей в марсианских условиях и следствия с точки зрения диапазона существования возможной жизни.

Вода в жидком состоянии могла существовать даже на поверхности Марса в далёком геологическом прошлом. Так, на Марсе давно обнаружены и исследуются формы рельефа, образованные в своё время текучей средой — речные долины и дельты рек. Марсоход Perseverance в рамках проекта Mars-2020 будет исследовать один из кратеров как раз в окрестности конуса выноса материала от палеореки. Кроме того, именно в районе его будущей посадки при помощи орбитальной станции впервые удалось идентифицировать карбонатные минералы (к ним относится, например, обычный известняк). Такие материалы на Земле часто свидетельствуют об осадконакоплении, поэтому регион привлёк внимание как подходящее место для исследования биосигнатур. Однако такие тепличные условия закончились на Марсе около 2-3 миллиардов лет назад, когда Земля находилась в архейской или ранне-протерозойской эре.

Вода на Марсе: очень холодная и очень солёная, для жизни не годится
«Сезонные полосы на склонах», или RSL, в кратере Ньютона на Марсе.

Сейчас атмосферные условия на Марсе, как считается, не допускают существования жидкой воды на поверхности. Однако появляются некоторые указания на то, что время от времени вода может появляться на поверхности или под землёй близко к ней. В начале 2010-х годов на снимках орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter обнаружили тёмные полосы шириной до нескольких метров, размеры которых увеличивались в тёплые сезоны и уменьшались в холодные. Такие микроформы рельефа можно связать с местами просачивания воды на поверхность или даже временных водотоков марсианским летом. Они получили название Recurring Slope Lineae (RSL) («сезонные полосы на склонах», устоявшегося термина в русском языке пока что нет).

Эти обнаруженные структуры оказались препятствием для марсохода Curiosity, который должен их избегать на своём пути, чтобы случайно не занести во влажную среду микроорганизмы с Земли. В такой среде у них есть некоторый шанс выжить и затем быть «открытыми» в качестве «жизни на Марсе». Это общие требования мер биологической защиты планет (planetary protection). С такой же проблемой сталкиваются при изучении глубоких подлёдных озёр в Антарктиде, которые важно не заразить биотой с поверхности. Поэтому в 2010-2014 гг исследовательские группы NASA определяли условия, при которых исследования на Марсе должны проводиться с особой осторожностью в рамках «планетарного карантина». Так, были определены так называемые «особые районы» (Special Regions): условия, в которых жидкая вода может существовать при температуре выше -23°C и с «водной активностью» выше 0,5 (здесь — мера солёности воды: 1 — дистиллированная вода, 0 — чистая соль, у морской воды этот показатель около 0,98). Считается, что это — пределы, в которых могут выжить известные земные организмы.

Вода на Марсе: очень холодная и очень солёная, для жизни не годится
Посадочный марсианский модуль Phoenix и участок поверхности Марса, покрытый льдом. Исследователей привлекли капли воды или соляного раствора на кронштейне аппарата на ближнем плане.

Впоследствии астрономы признали, что с «водными потоками» на Марсе они, возможно, погорячились, а структуры RSL могут быть вызваны потоками сухого материала (типа песчаных осыпей), то есть эти участки уже не подпадают под категорию «особых районов». Однако условия на Марсе могут быть благоприятными для существования концентрированных солевых растворов. Так, на фотографии посадочного модуля Phoenix 2008 года в полярном районе Марса на его кронштейне предположительно видны капли жидкости. Поэтому продолжались исследования условий существования солёных растворов на Марсе и их возможностей для поддержания жизни микроорганизмов.

Астрофизики Института исследования Луны и планет (Lunar and Planetary Institute, LPI) промоделировали физические условия на поверхности Марса и исследовали фазовые диаграммы устойчивости растворов разных солей в зависимости от района и поры года. В качестве опорных входных параметров использовались данные по климату, полученные с марсианских орбитальных станций и марсоходов, модели марсианской атмосферы и земные эксперименты с растворами концентрированных солей — перхлоратов кальция и магния. Соли в земных условиях при определённых соотношениях температуры и влажности могут быть гигроскопичными, то есть вбирать влагу из атмосферы и превращаться в растворы. Теоретически такой механизм возможен и на Марсе, и его учитывали при моделировании, хотя марсианская атмосфера намного суше и холодней земной.

Вода на Марсе: очень холодная и очень солёная, для жизни не годится
Зоны возможного существования соляных растворов на поверхности Марса (перхлорат кальция). Цветом обозначена доля времени года, на протяжении которой рассол может находиться на поверхности в жидком виде.

Результаты указывают на возможность образования и существования соляных растворов на 40% поверхности Марса. Рассолы могут образовываться на различных марсианских широтах от экватора до его полярных областей и находиться в жидком состоянии до шести часов. Как видно на примере сводной карты устойчивости раствора для перхлората кальция, растворы солей действительно могут существовать на планете, тяготея к умеренным марсианским широтам. Кстати, похожие закономерности размещения имеют и залежи водяного льда под поверхностью по данным спутниковой радарной съёмки. Однако рассолы могут образовываться только в определённые сезоны и существовать в течение всего двух процентов или менее от продолжительности марсианского года. Наиболее высокая температура существования такого рассола −48 °C. Это более широкий диапазон, чем думали раньше. Но температуры таких рассолов в разных точках всё ещё значительно ниже границы температур, при которых, как считается, возможна жизнь в известных нам формах на Земле.

Устойчивости жидкой фазы только на ограниченном отрезке времени в году недостаточно для поддержания и воспроизводства жизни. Однако гипотетические соляные растворы на поверхности Марса оказываются непригодными для жизни, попадая и в другую вилку ограничений. Температура устойчивости такого рассола будет или слишком низкой для жизни, или же раствор, не исчезающий при более высокой температуре должен будет иметь слишком высокую солёность, также исключающую существование органики.

Более благоприятные условия для существования воды в жидкой или твёрдой фазе встречаются на глубинах в несколько сантиметров под поверхностью (под слоем реголита). Также учёт метастабильных состояний растворов несколько расширяет окно возможностей для жидкой воды, однако про существование «марсианских озёр» пока что говорить не приходится.

Подготовка материала: Сергей Шапиро

Ссылка на источник

Просмотров
Всего:
495 | За месяц: 0 | За неделю: 0 | За сутки: 0