Поверхность Марса в настоящее время негостеприимна для жизни, какой мы ее знаем, но есть свидетельства того, что на Красной планете когда-то был климат, который мог поддерживать жизнь миллиарды лет назад. Например, на поверхности Марса были обнаружены элементы, напоминающие высохшие русла рек и минералы, которые образуются только в присутствии жидкой воды.
Марсоход Curiosity с его набором инструментов, включая SAM, был отправлен на Марс в 2011 году, чтобы узнать больше о древней обитаемой марсианской среде, исследуя ключи к разгадке химического состава горных пород и атмосферы.Органические молекулы, обнаруженные командой, находились в пробуренном образце аргиллита Sheepbed в кратере Гейла, месте посадки марсохода Curiosity.
Ученые считают, что когда-то в кратере находилось озеро миллиарды лет назад, а камни, похожие на аргиллиты, образовались из отложений в озере. Более того, в этом аргиллите было обнаружено 20% смектитовых глин.
На Земле такие глины, как известно, обеспечивают большую площадь поверхности и оптимальные промежуточные участки для концентрации и сохранения органических соединений при быстром осаждении в восстанавливающих химических условиях.Хотя команда не может сделать вывод о существовании жизни в кратере Гейла, открытие показывает, что древняя среда предлагала запас восстановленных органических молекул для использования в качестве строительных блоков для жизни и источника энергии для жизни. Более ранний анализ этого же аргиллита, проведенный Curiosity, показал, что в окружающей среде есть вода и химические элементы, необходимые для жизни, и другой источник химической энергии.«Мы думаем, что жизнь началась на Земле около 3,8 миллиарда лет назад, и наш результат показывает, что в то время на Марсе были те же условия — жидкая вода, теплая среда и органическое вещество», — сказала Кэролайн Фрейсине из космического полета Годдарда НАСА.
Центр в Гринбелте, штат Мэриленд. «Итак, если жизнь возникла на Земле в этих условиях, почему не на Марсе?» Фрейсине является ведущим автором статьи об этом исследовании, представленной в Journal of Geophysical Research-Planets.Органические молекулы, обнаруженные командой, также имеют атомы хлора и включают хлорбензол и несколько дихлоралканов, таких как дихлорэтан, дихлорпропан и дихлорбутан. Хлорбензол является наиболее распространенным с концентрацией от 150 до 300 частей на миллиард. Хлорбензол не встречается на Земле в природе.
Он используется в процессе производства пестицидов (инсектицид ДДТ), гербицидов, клеев, красок и резины. Дихлорпропан используется в качестве промышленного растворителя для изготовления средств для удаления краски, лаков и средств для удаления отделки мебели и классифицируется как канцероген.
Возможно, эти хлорсодержащие органические молекулы присутствовали в аргиллите как таковые. Однако, по мнению команды, более вероятно, что в аргиллите был другой набор органических молекул-предшественников, и что хлорированная органика образовалась в результате реакций внутри прибора SAM при нагревании образца для анализа. Перхлораты (атом хлора, связанный с четырьмя атомами кислорода) широко распространены на поверхности Марса.
Возможно, что при нагревании образца хлор из перхлората объединялся с фрагментами исходных органических молекул в аргиллите с образованием хлорированных органических молекул, обнаруженных SAM.В 1976 году газовый хроматограф, масс-спектрометр, установленный на спускаемых аппаратах НАСА «Викинг», обнаружил два простых хлорированных углеводорода после нагревания марсианской почвы для анализа (хлорметан и дихлорметан). Однако они не смогли исключить, что соединения были получены из самого инструмента, по словам команды. Хотя источники в приборе SAM также производят хлорированные углеводороды, они не производят более 22 частей на миллиард хлорбензола, что намного ниже количеств, обнаруженных в образце аргиллита, что дает команде уверенность в том, что органические молекулы действительно присутствуют на Марсе.
Набор инструментов SAM был создан в NASA Goddard с использованием важных элементов, предоставленных промышленностью, университетами, а также национальными и международными партнерами NASA.Для этого анализа система сбора образцов марсохода Curiosity просверливала отверстия в аргиллите и отфильтровывала его мелкие частицы через сито, а затем доставляла часть образца в лабораторию SAM. SAM обнаружил соединения, используя режим анализа эволюционированных газов (EGA), нагревая образец до примерно 875 градусов по Цельсию (около 1600 градусов по Фаренгейту), а затем отслеживая летучие вещества, высвобождаемые из образца, с помощью квадрупольного масс-спектрометра, который идентифицирует молекулы по их массе. с помощью электрических полей. SAM также обнаружил и идентифицировал соединения, используя свой режим газового хроматографа-масс-спектрометра (GCMS).
В этом режиме летучие вещества разделяются по времени, которое им требуется, чтобы пройти через узкую трубку (газовая хроматография — определенные молекулы легче взаимодействуют со сторонами трубки и, таким образом, перемещаются медленнее), а затем идентифицируются по их характерным массовым фрагментам. в масс-спектрометре.Первое свидетельство повышенных уровней хлорбензола и дихлоралканов, выделяемых из аргиллита, было получено на Curiosity Sol 290 (30 мая 2013 г.) при третьем анализе пробы Камберленд на Sheepbed. Команда потратила более года на тщательный анализ результата, включая проведение лабораторных экспериментов с приборами и методами, аналогичными SAM, чтобы убедиться, что SAM не может производить обнаруженное количество органического материала.«Поиск органических веществ на Марсе был чрезвычайно сложной задачей для команды», — сказал Дэниел Главин из НАСА Годдарда, соавтор статьи. «Во-первых, нам необходимо определить среду в кратере Гейла, которая позволила бы концентрировать органические вещества в отложениях.
Затем им необходимо пережить преобразование отложений в горные породы, где поровые жидкости и растворенные вещества могут окислять и разрушать органические вещества. разрушаются во время воздействия на горные породы на поверхности Марса интенсивного ионизирующего излучения и окислителей. Наконец, чтобы идентифицировать любые сохранившиеся органические соединения, мы должны иметь дело с соединениями оксихлора и, возможно, другими сильными окислителями в образце, которые будут реагировать с органическими веществами и сжигать их. соединений с диоксидом углерода и хлорированными углеводородами при нагревании образцов с помощью SAM ».
В рамках плана исследований Curiosity важной стратегической целью было отобрать образцы горных пород, которые представляют различные комбинации переменных, которые, как считается, контролируют сохранность органики. «Команды SAM и Марсианской научной лаборатории очень усердно работали, чтобы достичь этого результата, — сказал Джон Гротцингер из Калифорнийского технологического института, научный сотрудник исследовательской лаборатории Марса. «Только путем бурения дополнительных образцов горных пород в разных местах и ??представления различных геологических историй мы смогли выявить этот результат. В то время, когда мы впервые увидели доказательства наличия этих органических молекул в образце Камберленда, было неясно, были ли они получены с Марса, однако дополнительное бурение не дало тех соединений, которые можно было бы предсказать для загрязнения, что указывает на то, что углерод в обнаруженных органических молекулах, скорее всего, имеет марсианское происхождение ».