На древнем Марсе, возможно, выпал сахарный ингредиент в виде дождя

Фото из открытых источников

Миллиарды лет назад на Марсе, возможно, выпадали дожди, несущие сырье для производства сахара. Новое компьютерное моделирование показывает, где эти дожди выпали наиболее интенсивно. Места посадки марсоходов НАСА «Кьюриосити» и «Персеверанс», которые обнаружили органические вещества в грунте, не вошли в число наиболее подверженных этому воздействию мест.

Формальдегид — это то самое сырье, токсичное химическое вещество, способное запускать цепную реакцию в воде, в результате которой образуются сахара, аминокислоты и другие органические соединения. Геологические данные свидетельствуют о наличии жидкой воды на раннем Марсе, и исследователи считают, что короткие периоды теплой и влажной погоды прерывали преимущественно холодный климат примерно 3,6–3,8 миллиарда лет назад. Плотная атмосфера из углекислого газа с примесью водорода могла позволить солнечному свету «сварить» формальдегид во время этих периодов. Более ранние модели рассматривали один столб воздуха, поэтому ни одна из них не могла сказать, где именно на планете эта химия имела наибольшее значение.

Группа исследователей под руководством Шунго Коямы из Токийского института науки создала недостающую карту, связав химическую модель с климатической симуляцией древнего Марса. Результаты их работы, опубликованные в журнале The Planetary Science Journal, показывают, что залежи значительно различаются от места к месту.

Для работы были использованы две компьютерные модели. Первая отслеживала процесс образования формальдегида в атмосфере, состоящей в основном из углекислого газа с примесью водорода, при сотнях комбинаций температуры, влажности, атмосферного давления и ультрафиолетового излучения молодого Солнца.

Влажность одержала убедительную победу. Солнечный свет расщепляет водяной пар, а оставшиеся фрагменты подпитывают реакции, в результате которых образуется формальдегид, поэтому более влажный воздух означал большее его количество, как только влажность превышала низкий пороговый уровень. Более интенсивное ультрафиолетовое излучение также способствовало этому, в то время как температура и атмосферное давление имели гораздо меньшее значение. Формальдегид сохраняется в воздухе всего около 10 часов, поэтому модель рассматривает его как находящийся вблизи места образования.

Затем последовало моделирование климата с учетом гор, облаков, дождя и снега в качестве погодных условий. Модель имитировала Марс с атмосферой вдвое большей, чем у Земли, с более крутым наклоном оси вращения, чем сегодня (около 40 градусов), и парниковым эффектом, усиленным водородом. После этого команда отслеживала, сколько формальдегида выпадает в виде дождя и снега на землю.

Виртуальный Марс оказался теплым и влажным, со средней температурой около 55 градусов по Фаренгейту. Северное полушарие было покрыто океаном, а в гигантском бассейне Эллада на юге находилось озеро, которое поддерживалось теплым благодаря низкой высоте и теплоудерживающей способности воды. Океан возник из исходных предположений модели, поэтому он не является подтвержденной особенностью реальной планеты.

Количество выпадающих осадков различалось примерно в сто раз по всему земному шару. Влажный воздух над северным океаном и озером Эллада содержал наибольшее количество формальдегида, и дождь сносил его вниз. В горах ситуация была еще лучше. В районе Элизиум-Монс и региона Тарсис поднятие рельефа выталкивало влажный воздух вверх, где он охлаждался и выпадал дождевой дождь, обеспечив примерно в десять раз больше осадков, чем в среднем по миру.

В целом, на севере было собрано в несколько раз больше формальдегида, чем на юге. Высокогорные районы юга оставались замерзшими и в основном покрыты снегом, который практически не принес формальдегида, поскольку он растворяется во льду гораздо хуже, чем в жидкой воде.

В кратер Гейл марсохода Curiosity и в кратер Езеро марсохода Perseverance попало чуть более трети и чуть более половины среднемирового количества формальдегида соответственно. Это не противоречит их органическим находкам. Авторы утверждают, что даже при уровне или ниже среднего его было бы достаточно. Реки и грунтовые воды также могли переносить формальдегид из сильно загрязненных гор к югу от Гейла в кратер.

Количество органического вещества, обнаруженного двумя марсоходами, нельзя сравнивать напрямую, поскольку места посадки различаются по типу горных пород, истории затопления и воздействию окислителей — химических веществ, разрушающих органический материал. Китайский марсоход «Чжуронг» приземлился в южной части равнины Утопия, одном из самых высоко расположенных мест посадки марсоходов, но на нем нет прибора, способного идентифицировать органические молекулы. Марсоходы НАСА «Викинг-2» и «Феникс» приземлились в местах, где формальдегида было больше, чем на «Гейл» или «Джезеро». Однако они взяли пробы только современной поверхностной почвы, где соли, называемые перхлоратами, которые нарушают работу термоаналитических тестов на органические молекулы, вероятно, затрудняли обнаружение любых органических веществ.

Ничто из этого не доказывает, что жизнь когда-либо существовала на Марсе. Моделирование отслеживает запасы, а не выживание. Солнечный свет быстро разрушает открытый формальдегид, поэтому для его сохранения потребовалось бы укрытие, например, замерзание во льду, что и обеспечивает его сохранность в полярных ледяных кернах Земли.

Авторы утверждают, что будущие миссии должны быть направлены на изучение бассейнов, расположенных рядом с постоянно влажными регионами, где скопившаяся вода испарилась бы и сконцентрировала поступающие химические вещества. Ни один марсоход не отбирал пробы в южных регионах, где, согласно модели, содержится наименьшее количество формальдегида, и сравнение органического вещества из районов с высокой и низкой концентрацией поможет проверить, действительно ли атмосфера является его источником.

Марс давно стал холодным и сухим, но эта модель описывает планету, где наибольшее количество формальдегида выпало на склонах гор и вокруг открытых водоемов, хотя и не в местах посадки марсоходов. Привело ли это к зарождению жизни, до сих пор неизвестно, но она предоставляет будущим миссиям краткий список мест для исследований.