Жизнь на Марсе: от научных данных до учебных работ

Текущие научные данные о Марсе: атмосфера, поверхность и вода

Марс — четвёртая планета от Солнца, и на первый взгляд она выглядит как безжизненная красная пустыня. Но за последние два десятилетия космические миссии накопили огромный массив данных, который полностью изменил наше представление об этой планете. Чтобы разобраться в гипотезах о жизни на Марсе, нужно сначала понять, что именно учёные знают о его физических условиях — атмосфере, поверхности и воде. Именно эти три параметра определяют, могла ли жизнь там существовать и может ли она существовать сейчас.

Атмосфера Марса: тонкая плёнка над красной пустыней

Атмосфера — это газовая оболочка, удерживаемая гравитацией планеты. На Земле она создаёт привычное нам давление в 101 325 Па (паскалей) — именно это давление не даёт крови «закипеть» при нормальной температуре тела и позволяет лёгким работать. На Марсе атмосферное давление составляет в среднем около 600–700 Па — примерно в 150 раз меньше земного. Это сопоставимо с давлением на высоте 35 км над Землёй, где уже не летают самолёты.

Состав марсианской атмосферы разительно отличается от земного:

| Газ | Марс | Земля | |---|---|---| | Углекислый газ () | ~95,3% | ~0,04% | | Азот () | ~2,6% | ~78% | | Аргон (Ar) | ~1,9% | ~0,93% | | Кислород () | ~0,13% | ~21% | | Водяной пар | следовые количества | ~1–4% |

Такой состав означает, что дышать на Марсе невозможно — кислорода катастрофически мало, а в таких концентрациях смертелен для человека. Но для астробиологии (науки о поиске жизни во Вселенной) важнее другое: углекислый газ — это источник углерода, который является основой органической химии. Некоторые земные бактерии умеют «питаться» , используя его как строительный материал.

Почему атмосфера Марса такая тонкая? Ключевую роль сыграло отсутствие глобального магнитного поля. На Земле магнитное поле отклоняет солнечный ветер — поток заряженных частиц, постоянно испускаемых Солнцем. Марс утратил своё глобальное магнитное поле около 4 миллиардов лет назад (предположительно из-за остывания ядра), и с тех пор солнечный ветер буквально «сдувает» атмосферу в космос. Миссия MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), работающая на орбите с 2014 года, измерила скорость этой потери: Марс теряет около 100 граммов атмосферы в секунду. За миллиарды лет это привело к катастрофическому истончению газовой оболочки.

Средняя температура поверхности Марса составляет около −60°C, но диапазон огромен: от −125°C на полюсах зимой до +20°C в экваторе летом в полдень. Такие перепады — следствие именно тонкой атмосферы: она плохо удерживает тепло, как одеяло с дырами.

Поверхность: геологическая летопись миллиардов лет

Поверхность Марса — это настоящий архив планетарной истории. Разные регионы планеты хранят следы разных эпох, и именно их изучение позволяет реконструировать прошлое.

Геологическое время Марса принято делить на три эры:

Ноахий (от 4,1 до 3,7 млрд лет назад) — эпоха интенсивной метеоритной бомбардировки, вулканизма и, по всей видимости, жидкой воды на поверхности. Именно в этот период Марс был наиболее похож на раннюю Землю.

Гесперий (от 3,7 до 3,0 млрд лет назад) — период масштабного вулканизма и образования обширных лавовых равнин. Вода ещё присутствовала, но уже в меньших количествах.

Амазоний (от 3,0 млрд лет назад до наших дней) — холодная, сухая и геологически относительно спокойная эпоха, продолжающаяся по сей день.

Марсоход Curiosity, работающий в кратере Гейла с 2012 года, обнаружил там слоистые осадочные породы — глинистые минералы (смектиты), которые образуются только при длительном контакте с жидкой водой с нейтральным pH. Это прямое свидетельство того, что на дне кратера когда-то находилось озеро, пригодное для жизни микроорганизмов. Слои осадков достигают нескольких километров в толщину, что говорит о сотнях миллионов лет существования этого водоёма.

!Сравнительная инфографика трёх геологических эр Марса с ключевыми характеристиками каждой эпохи

Марсоход Perseverance, приземлившийся в кратере Езеро в феврале 2021 года, исследует древнюю речную дельту — место, где когда-то река впадала в озеро. Дельты на Земле — одни из самых богатых жизнью экосистем, потому что они накапливают органику, принесённую с суши. Именно поэтому кратер Езеро был выбран как приоритетная цель: если где-то на Марсе и сохранились биосигнатуры (химические или структурные признаки прошлой жизни), то в дельтовых отложениях шансы найти их максимальны.

Среди других примечательных особенностей поверхности:

Олимп Монс — крупнейший вулкан в Солнечной системе, высотой 21,9 км (почти втрое выше Эвереста). Последняя вулканическая активность здесь датируется примерно 25 миллионами лет назад — по геологическим меркам совсем недавно.

Долины Маринер (Valles Marineris) — система каньонов длиной около 4000 км и глубиной до 7 км. Для сравнения: Большой каньон в США имеет длину около 450 км.

Полярные шапки — состоят из водяного льда и сухого льда (). Южная полярная шапка содержит постоянный слой водяного льда под сезонным слоем .

Вода на Марсе: где она была и где она сейчас

Вода — ключевое условие для жизни в том виде, в каком мы её знаем. История воды на Марсе — это история от изобилия к исчезновению, и она напрямую определяет, насколько реалистичны гипотезы о марсианской жизни.

Свидетельства древней воды

Доказательства того, что вода когда-то текла по поверхности Марса в огромных количествах, многочисленны и убедительны:

Долины оттока (outflow channels) — гигантские русла шириной до 100 км, явно промытые катастрофическими потоками воды. Некоторые из них сопоставимы по масштабу с крупнейшими речными системами Земли.

Минералы-индикаторы: орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) обнаружил с орбиты филлосиликаты (глинистые минералы), сульфаты и карбонаты — все эти соединения образуются только в присутствии воды. Филлосиликаты характерны для нейтральной воды, сульфаты — для кислой. Это говорит о том, что химический состав воды менялся со временем.

По оценкам учёных, около 3–4 миллиардов лет назад на Марсе существовал северный океан, покрывавший примерно треть поверхности планеты и имевший глубину до 1,6 км. Его объём составлял около 20 миллионов кубических километров — больше, чем Северный Ледовитый океан на Земле.

> Марс имел пригодные условия миллиарды лет назад, а под поверхностью возможны реликтовые формы жизни. > > svitstyle.com.ua

Вода сегодня: лёд, пар и подземные резервуары

Жидкая вода на современной поверхности Марса нестабильна: из-за низкого давления она мгновенно испаряется или замерзает. Но вода никуда не исчезла — она просто сменила форму и местонахождение.

Водяной лёд обнаружен в нескольких местах:

В полярных шапках — это подтверждено орбитальными радарами.

Под поверхностью в средних широтах — зонд Mars Odyssey зафиксировал водородные сигнатуры, указывающие на залежи льда на глубине нескольких сантиметров.

В 2022 году данные орбитального радара SHARAD (на борту MRO) подтвердили наличие обширных залежей водяного льда в районе экватора — в регионе Медуза Фосса. Объём этого льда, если растопить, покрыл бы всю поверхность Марса слоем воды глубиной около 1,5–2,7 метра.

Самое интригующее открытие — возможные подземные жидкие водоёмы. В 2018 году радар MARSIS на борту аппарата Mars Express зафиксировал яркое радиоотражение под южной полярной шапкой на глубине около 1,5 км. Учёные интерпретировали это как подземное озеро жидкой воды диаметром около 20 км. Жидкость при таких температурах (около −68°C) может существовать только если она насыщена солями — перхлоратами, которые резко снижают точку замерзания. Перхлораты, кстати, уже обнаружены в марсианском грунте марсоходами.

!Интерактивная карта распределения воды на Марсе: полярные шапки, подземные залежи льда и предполагаемые подземные озёра

Важно понимать, что перхлораты — это двойственная находка. С одной стороны, они позволяют воде оставаться жидкой при низких температурах. С другой — в высоких концентрациях они токсичны для большинства земных организмов и разрушают органические молекулы под действием ультрафиолета. Некоторые земные бактерии, однако, умеют использовать перхлораты как источник энергии — это делает их потенциальными аналогами возможных марсианских микробов.

Куда делась вода?

Вода с поверхности Марса исчезла по двум основным путям. Часть была заморожена в полярных шапках и подповерхностных залежах. Другая часть была утрачена в космос: молекулы воды в верхних слоях атмосферы расщеплялись ультрафиолетом Солнца на водород и кислород, после чего лёгкий водород улетал в межпланетное пространство. Миссия MAVEN измерила этот процесс напрямую и подтвердила, что именно так Марс потерял значительную часть своих водных запасов за последние 3–4 миллиарда лет.

Совокупность этих данных — тонкая атмосфера без магнитной защиты, богатая геологическая история с признаками древних водоёмов и сохранившийся лёд под поверхностью — формирует научный фундамент, на котором строятся все современные гипотезы о возможной жизни на Марсе. Планета прошла путь от потенциально обитаемого мира к суровой пустыне, но следы прошлого никуда не делись — они ждут в слоях породы, в химическом составе минералов и, возможно, в подземных рассолах.