Otrdien, 2014. gada 16. decembrī, NASA zinātnieki, kas piedalījās Amerikas ģeofizikas savienības rudens sanāksmē Sanfrancisko, paziņoja par organisko savienojumu noteikšanu uz Marsa. Paziņojums atspoguļo trūkstošās 'sastāvdaļas' atklāšanu, kas nepieciešama dzīvības pastāvēšanai uz Marsa - pagātnē vai tagadnē.
Patiešām, ārkārtējai prasībai bija nepieciešami ārkārtēji pierādījumi – slavenais doktora Kārļa Sagana apgalvojums. Zinātnieki, Mars Science Lab — Curiosity Rover misijas dalībnieki, 20 mēnešus strādāja, lai ņemtu un analizētu Marsa atmosfēras un virsmas paraugus, lai izdarītu savus secinājumus. Paziņojums izriet no diviem atsevišķiem organisko vielu noteikšanas gadījumiem: 1) desmitkārtīgiem atmosfērā esošajiem metāna līmeņiem un 2) urbšanas paraugiem no klints, ko sauc par Kamberlendu, kas ietvēra sarežģītus organiskos savienojumus.
Noskaņojamais lāzera spektrometrs, viens no rīkiem paraugu analīzes Marsā (SAM) laboratorijā NASA Curiosity Marsa roverā. Mērot gaismas absorbciju noteiktos viļņu garumos, tas mēra metāna, oglekļa dioksīda un ūdens tvaiku koncentrāciju Marsa atmosfērā. (Attēla autors: NASA/JPL-Caltech)
Metāns, no vienkāršākajiem organiskajiem savienojumiem, tika atklāts, izmantojot paraugu analīzi Marsā (SAM). Šis ir viens no diviem kompaktajiem laboratorijas instrumentiem, kas iebūvēti kompaktā automašīnas izmēra roverā Curiosity. Ļoti drīz pēc nolaišanās uz Marsa zinātnieki sāka izmantot SAM, lai periodiski izmērītu Marsa atmosfēras ķīmisko saturu. Daudzos paraugos metāna līmenis bija ļoti zems, ~ 0,9 daļas uz miljardu. Tomēr tas pēkšņi mainījās, un, kā zinātnieki norādīja preses konferencē, tas bija 'wow' brīdis, kas viņus pārsteidza. Tika konstatēti īsi ikdienas metāna līmeņa pieaugumi, kas vidēji bija 7 daļas uz miljardu.
Metāna noteikšanu uz Marsa apgalvoja jau gadu desmitiem, bet pavisam nesen, 2003. un 2004. gadā, neatkarīgas pētnieku grupas, izmantojot jutīgus spektrometrus uz Zemes, atklāja metānu Marsa atmosfērā. Viena grupa, kuru vadīja Vladimirs Krasnopoļskis no Katoļu universitātes, un otra, kuru vadīja doktors Maikls Mumma no NASA Godāras Kosmosa lidojumu centra, atklāja plašu reģionālo un laika metāna līmeni, kas sasniedza 30 daļas uz miljardu. Zinātnieku aprindās šie paziņojumi izraisīja ievērojamu skepsi. Un pirmie Curiosity atmosfēras mērījumi bija negatīvi. Tomēr neviena grupa neatkāpās no saviem apgalvojumiem.
Reģioni, kuros metāns ir īpaši lokalizēts ziemeļu vasarā (A, B1, B2), un to saistība ar mineraloģiskiem un ģeomorfoloģiskajiem apgabaliem. (A.) Metāna novērojumi netālu no Syrtis Major vulkāniskā rajona. (B.) Grīlija un Viesa (41) ģeoloģiskā karte, kas uzlikta uz topogrāfiskā iekrāsotā reljefa no MOLA (42). Senākais reljefs (Npld, Nple) ir Noahijas vecums (aptuveni 3,6–4,5 miljardus gadu vecs, kad Marss bija slapjš), un to klāj vulkāna nogulsnes no Hesperijas (Hs) vecuma Syrtis Major (~3,1–3,6 miljardi gadu). vecs). (Pateicība: Mumma et al., 2009, 3. attēls)
Pēkšņa desmitkārtīgu metāna līmeņa lēcienu atklāšana Geila krāterī nav pretrunā ar agrākajiem attālajiem mērījumiem no Zemes. Augstās sezonālās koncentrācijas bija reģionos, kuros nav iekļauts Geila krāteris, un joprojām ir iespējams, ka Curiosity mērījumi ir līdzīga rakstura, bet mazāk aktīva procesa dēļ nekā Dr. Mummas komandas identificētajos reģionos.
Šajā grafikā redzams desmitkārtīgs metāna pārpilnības pieaugums Marsa atmosfērā, kas atrodas ap NASA marsa kursotāju Curiosity, kā noteikts mērījumu sērijā, kas veikta ar noskaņojamā lāzera spektrometra instrumentu rovera paraugu analīzē Marsa laboratorijas komplektā. (Attēla autors: NASA/JPL-Caltech)
NASA zinātnieki AGU, ko vadīja MSL projekta zinātnieks Dr. John Grotzinger, uzsvēra, ka viņi vēl nezina, kā tiek radīts metāns. Process var būt bioloģisks vai nē. Ir abiotiski ķīmiski procesi, kas var radīt metānu. Tomēr MSL SAM atklājumi bija ikdienas tapas un atspoguļo aktīvu reālu procesu uz sarkanās planētas. Tas vien ir ļoti aizraujošs noteikšanas aspekts.
Komanda prezentēja slaidus, lai aprakstītu, kā varētu rasties metāns. Ar zināmo zemo metāna fona līmeni ~ 1 daļa uz miljardu, var izslēgt ārēju kosmisku avotu, piemēram, mikrometeoroīdus, kas nonāk atmosfērā un izdala organiskās vielas, kuras pēc tam saules gaismā reducē līdz metānam. Metāna avotam jābūt vietējas izcelsmes.
Šis attēls ilustrē iespējamos veidus, kā metāns var tikt pievienots Marsa atmosfērā (avoti) un izņemts no atmosfēras (izlietnes). NASA Curiosity Mars rover ir atklājis metāna koncentrācijas svārstības atmosfērā, kas nozīmē, ka uz mūsdienu Marsa notiek abu veidu aktivitātes. Garāks paraksts runā par to, kuri ir avoti un kuri ir izlietnes. (Attēla autors: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Mičiganas universitāte)
Zinātnieki ilustrēja divus ražošanas veidus. Abos gadījumos katru dienu vai vismaz periodiski notiek darbība, kas izdala metānu no Marsa apakšzemes. Avots varētu būt bioloģisks, kas uzkrājas pazemes iežos, pēc tam pēkšņi atbrīvojas. Vai arī abiotiskā ķīmija, piemēram, reakcija starp minerālu olivīnu un ūdeni, varētu būt ģenerators.
Piedāvāto un ilustrēto metāna pazemes uzglabāšanas mehānismu sauc par klatrāta uzglabāšanu. Klatrāta uzglabāšana ietver režģa savienojumus, kas var notvert molekulas, piemēram, metānu, kuras pēc tam var atbrīvot klatrāta fizikālo izmaiņu rezultātā, piemēram, saules sildīšanas vai mehāniskās slodzes rezultātā. Izmantojot preses jautājumus un atbildes, NASA zinātnieki paziņoja, ka šādus klatrātus var saglabāt miljoniem un miljardiem gadu pazemē.
Otrais organisko vielu atklājums ietvēra sarežģītākus savienojumus virsmas materiālos. Arī kopš ierašanās Marsā Curiosity ir izmantojis urbšanas rīku, lai pārbaudītu akmeņu iekšpusi. Grotzingers uzsvēra, kā materiāls, kas atrodas tieši uz Marsa virsmas, ir piedzīvojis radiācijas ietekmi un visuresošo augsnes savienojumu perhlorātu, kas samazina un iznīcina organiskās vielas gan tagad, gan miljoniem gadu. Organisko vielu neesamības konstatēšana irdenā un atklātā virsmas materiālā nav mazinājusi NASA zinātnieku cerības atklāt organiskās vielas Marsa iežos.
Salīdzinājums starp organiskās ķīmiskās vielas, ko sauc par hlorbenzolu, daudzumu, kas konstatēts “Kamberlendas” iežu paraugā, un tās daudzumu paraugos no trim citiem Marsa virsmas mērķiem, ko analizējis NASA marsa marsētājs Curiosity. (Attēla autors: NASA/JPL-Caltech)
Urbšana tika veikta vairākos atlasītos akmeņos, un beidzot tas bija dubļu iezis, ko sauc par Kamberlendu, kas atklāja organisko savienojumu klātbūtni, kas ir sarežģītāki par vienkāršu metānu. Zinātnieki uzsvēra, ka tas, kas tieši ir šie organiskie savienojumi, joprojām ir noslēpums, jo tajā ir mulsinošs aktīvā ķīmiskais perhlorāts, kas var ātri sadalīt organiskās vielas līdz vienkāršākām formām.
Piemēri no Marsa paraugu analīzes (SAM) laboratorijas, kas atklāja Marsa organiskās vielas pulvera paraugā, ko NASA Curiosity Marsa rovera urbis savāca no klinšu mērķa ar nosaukumu “Kamberlenda”.
(Attēla autors: NASA/JPL-Caltech)
Organisko vielu noteikšanai Kamberlendas dubļu klintī bija nepieciešams urbšanas rīks un arī daudzšķautņainās robotizētās rokas kauss, lai paraugu nogādātu SAM laboratorijā analīzei. Lai noteiktu metānu, SAM ir ieplūdes vārsts, lai saņemtu atmosfēras paraugus.
Dr. Grocingers aprakstīja, kā Kamberlenda tika izvēlēta kā parauga avots. Iezi sauc par dubļu akmeni, kas ir izgājis procesu, ko sauc par diģenēzi – nogulumu metamorfozi par akmeni. Grotzingers uzsvēra, ka šķidrumi pārvietosies pa šādiem iežiem diģenēzes laikā un perhlorāts var iznīcināt organiskās vielas šajā procesā. Tas varētu būt daudzu metamorfisko akmeņu gadījumā uz Marsa virsmas. Zinātnieku grupa parādīja SAM izmērīto iežu paraugu salīdzinājumu. Īpaši tika salīdzināti divi – no roka “Džons Kleins” un Kamberlendas roks. Pirmajā nebija organisko vielu, kā arī citi ieži, no kuriem tika ņemti paraugi; bet Kamberlendas urbuma paraugs no tā iekšpuses atklāja organiskās vielas.
Ilustrācija par dažiem iemesliem, kāpēc organisko ķīmisko vielu atrašana uz Marsa ir izaicinājums. Neatkarīgi no tā, kādas organiskās ķimikālijas tiek ražotas uz Marsa vai piegādātas uz Marsu, tās var tikt pārveidotas vai iznīcinātas vairākos veidos. (Attēla autors: NASA/JPL-Caltech)
Darba analīze bija rūpīga – atgriežoties pie Sagana paziņojuma. Zinātnieku grupa nevarēja nenovērtēt organisko vielu atklāšanas nozīmi uz Marsa, un Grocingers šos divus atklājumus nosauca par Marsa Curiosity Rover ilgstošu mantojumu. Turklāt viņš norādīja, ka atklāšanas un analīzes metodes būs tālu, lai vadītu instrumentu izvēli un to izmantošanu Marsa 2020. gada rovera misijas laikā.
Organisko vielu atklāšana papildina nepieciešamo “sastāvdaļu” kopumu iepriekšējai vai pašreizējai dzīvei uz Marsa: 1) enerģijas avots, 2) ūdens un 3) organiskās vielas. Tās ir pamatprasības, lai pastāvētu dzīvība, kādu mēs to zinām. Dzīvības meklējumi uz Marsa joprojām tikai sākas, un jaunie organiskās vielas atklājumi joprojām nav skaidra zīme, ka dzīvība pastāvēja vai pastāv šodien. Tomēr Dr. Džims Grīns, iepazīstinot ar zinātnieku grupu, un Dr. Grocingers uzsvēra šo atklājumu lielumu un to, kā tie ir saistīti ar NASA Marsa programmas mērķiem, jo īpaši tagad, kad uzsvars tiek likts uz cilvēku nosūtīšanu uz Marsu. Marsa marsaduram Curiosity ceļojums augšup pa Šarpa kalna nogāzēm turpinās un tagad ar lielāku nopietnību un nepārtrauktu Kamberlendai līdzīgu akmeņu meklēšanu.
Atsauces:
Curiosity atklāj metāna smaili uz Marsa
NASA Rover uz Marsa atrod aktīvu, seno organisko ķīmiju
Research Papers, AGU Press Conerence, izmantojot Ustream
Spēcīga metāna izdalīšanās uz Marsa 2003. gada ziemeļu vasarā