Чому кратер Єзеро є найцікавішим місцем на Марсі

Коли марсохід NASA Perseverance приземлиться на Марсі цього тижня, він почне одну з найамбітніших наукових спроб, які тільки можна собі уявити: пошук доказів того, що життя колись виникло в чужому світі. Вчені майже впевнені, що зараз на Марсі немає нічого живого, але вони вважають, що воно могло бути в один момент в історії планети – і марсохід відвідує місце під назвою кратер Єзеро, щоб дізнатися більше.

Можливо, ви чули, що Наполегливість – це пошуки ознак давнього життя, і ви навіть могли чути, що він прямує до Єзеро, оскільки це головна ціль у цьому пошуку.

Але чому вчені так зацікавлені відвідати саме це місце? Як ви здогадуєтеся, де могло розвинутися життя мільйони чи мільярди років тому, на чужій планеті? Що робить Jezero таким особливим?

Ми поговорили з експертом з геології Марса, Кеті Стек Морган з Лабораторії реактивного руху NASA, щоб дізнатися.

Полювання на життя триває

Головною привабливістю кратера Єзеро є родовище дельти неподалік. Мільйони років тому на поверхні Марса було багато рідкої води, а ландшафт був усіяний річками та долинами. Це означало, що такі кратери, як Джезеро, заповнювалися водою, і коли вода надходила в кратер з річки, вона утворювала дельту, яку можна порівняти з дельтою Міссісіпі на Землі.

Дельти є неймовірними цілями для пошуку ознак життя, тому що вони забезпечують комфорт середовище для появи життя, а також тому, що вони концентрують органічну речовину таким чином, що полегшує її виявити.

Однак, як і в основному в кожному аспекті дослідження Марса, це не так просто, як знайти структуру, яка виглядає як дельта, і полювати в ній. Це тому, що важко розповісти історію води на планеті, яка зараз така суха.

Дивлячись на індикатори того, що вода колись була, «у нас виникає запитання: чи була ця вода там протягом тривалого часу?» Стек Морган пояснив. Щоб створити умови, що сприяють виникненню життя, як ми його розуміємо, найкращими умовами були б теплі мілкі води, які залишаються тисячі років або довше. Короткочасна повінь води, яка швидко випаровується, не допоможе.

Стек Морган порівняла цю ситуацію з місцем у своєму штаті, Долиною Смерті в Каліфорнії. Там здебільшого сухо, але іноді йдуть дощі, і коли це трапляється, вода кілька днів залишається в басейнах і може утворювати структури, які називаються алювіальними конусами, перш ніж випаруватися.

Після випаровування всієї води алювіальні конусові відкладення дуже схожі на дельтові відкладення. Але вони утворюються через періоди перебування води на поверхні, які надто короткі, щоб підтримувати появу життя. Отже, це велике питання: коли ми бачимо ці форми віяла на Марсі, це дельти чи алювіальні конуси?

Ось тут і з’являється секретна зброя Jezero. Кратер має вихідну долину, глибокий каньйон, висічений водою, яка витікала з кратера, коли він заповнився та перелився. Через наявність цієї вихідної долини дослідники можуть бути впевнені, що там було не просто трохи води Jezero: Було достатньо, щоб кратер заповнився і надлишок води вирізав собі шлях протягом тривалого періоду часу.

«Ось що робить Jezero таким захоплюючим для нас», — сказав Стек Морган. «Тому що крім того, що ми вважаємо дельтою, ми також маємо незаперечні докази того, що там було озеро, тому що у нас є вихідна долина».

Та розливна долина – особлива рідкість. На Марсі є багато інших кратерів із тим, що здається дельтами, як-от кратер Гейл, який досліджує марсохід Curiosity, але вони не мають виходів. Як наслідок, дослідники ніколи не можуть бути повністю впевнені, що те, що вони бачать, справді є ознакою присутності води протягом тривалого часу.

Навпаки, в Єзеро дослідники можуть бути впевнені, що кратер наповнився водою і перелився, і що в ньому була вода протягом того, що називається геологічно значущим періодом часу. Коли справа дійшла до завдання вибору місця приземлення для Perseverance, «ця додаткова впевненість допомогла Jezero вийти на фінішну пряму», — сказав Стек Морган.

Perseverance прагне приземлитися прямо перед цією дельтою, щоб почати пошуки ознак життя.

Знаки в скелях

Якщо Perseverance справді знайде докази існування життя на Марсі, навряд чи воно буде виглядати як повна скам’янілість складного організму, такого як трилобіт. Можливо, життя на планеті ніколи не просунулося так далеко в еволюції. Натомість докази життя, швидше за все, матимуть форму скам’янілого листа бактерій, який називається мікробним килимком.

«Мікроби здатні залишати сліди, які перевищують мікроскопічні розміри», — пояснив Стек Морган. «Це одна з їхніх переваг».

Ми знайшли на Землі подібні скам’янілі мікробні килими, які утворюють характерні форми в скелях у шарах між осадами. Існують інші, неорганічні способи формування цих форм, тому нелегко визначити, чи дана форма була сформована саме життям. Але дивлячись на такі підказки, як товщина різних шарів над і під потенційним килимом і чи вони відповідають до того, що можна було б очікувати від фізичних умов, геологи можуть зробити висновок, чи ймовірно вони були створені життям форми.

«Якби ми знайшли за допомогою Perseverance переконливого кандидата для скам’янілого мікробного килимка з органікою, що чергується в різних шарах, з мінералами, такими як кремнезем або залізо, мінералами, які ми Знаю, що мікроби люблять використовувати у своїх життєвих процесах і метаболізмі, і ми побачили, що чергування в спосіб, який інакше не очікувалося, тоді я була б щаслива», - сказала вона, перш ніж виправити себе. «Не просто щасливий, це було б недооцінкою століття! Я відчував би, що ми знайшли ознаку стародавнього життя на Марсі».

Карбонатна загадка

Дельта — не єдине місце, де Perseverance буде шукати життя. Ще одна особливість неподалік від місця посадки Perseverance – поклади карбонатних мінералів, які були ідентифіковані з орбіти. Ці солі утворюються в результаті реакції вуглекислого газу в атмосфері та води на поверхні.

«У нас є місця на Землі, де це відбувається, як-от Багами», — пояснив Стек Морган. «Коли ви думаєте про Багами, це теплі мілкі води, які кишать життям рифів. І хоча ми не знаємо, що на Марсі були рифи, існує такий же інтерес до карбонатів як об’єкта астробіології, тому що якщо карбонати утворюються у воді, це є переконливим підтримувати життя». Наявність карбонатів свідчить про те, що вода в кратері Єзеро не була надто кислою і могла бути комфортним середовищем для процвітання життя.

Мало того, карбонати також чудово зберігають ознаки життя. Тож полювання на ці відкладення є чудовим місцем для пошуку стародавнього життя, але є ще одне геологічне питання. Атмосфера Марса складається в основному з вуглекислого газу і раніше була густішою, ніж сьогодні, і ми знаємо, що колись на поверхні було багато рідкої води. Але відкладення карбонату на поверхні зустрічаються рідко. «То виникло запитання, де всі карбонати?» — сказав Стек Морган. «Якщо у нас колись була густіша атмосфера з високим вмістом CO2, виникає питання про відсутність карбонатів».

Пошук відповідей на це питання може допомогти нам зрозуміти історію марсіанського клімату. «Ми вивчаємо карбонати тут, на Землі, щоб з’ясувати такі речі, як: тепло чи холодно було в протерозої 3 мільярди років тому? Карбонати справді добре зберігають кліматичні сигнали», — сказала вона. «Тож карбонати справді цікаві для нас як з точки зору астробіології та їх зв’язку з життям, так і як реєстратори еволюції стародавнього клімату на Марсі».

Хронологія марсіанської історії

Знайти докази стародавнього життя на іншій планеті було б надзвичайним науковим досягненням, але Єзеро може розповісти дослідникам ще багато. Однією з незмінних таємниць Марса є те, скільки років його кам’яним утворенням і коли вони різняться події в його геологічній історії – наприклад, період, коли на його поверхні була вода – насправді сталося.

Щоб спробувати зрозуміти геологічну історію Марса, геологи дивляться на кратери, такі як Єзеро, які утворилися в результаті ударів, і спробуйте змоделювати, скільки років, ймовірно, були удари, спираючись на ударні кратери, які ми спостерігали в інших місцях, таких як місяць.

«Ми можемо датувати їх у відносному сенсі, використовуючи місячну хронологію кратерів і зразки, які ми повернуто з Аполлона, — сказав Стек Морган, — але це екстрапольована річ, яку ми застосували до Марс. Є багато запитань про те, коли щось насправді відбулося на Марсі»

Щоб відповісти на ці запитання, геологи відчайдушно намагаються отримати зразок вулканічної породи. Він утворюється, коли розплавлена ​​лава твердне в тверду скелю, і це безцінне для датування, оскільки вони можуть прочитати, коли відбувся цей перехід від лави до скелі. Це може дати точну дату таких подій, як два удари, які створили кратер.

Єзеро має ці вулканічні породи прямо біля дельти річки. Тому Perseverance візьме зразок і запечатає його в трубку для можливого повернення на Землю під Програма повернення зразків з Марса, і геологи нарешті зможуть визначити часову шкалу Марса історії.

Найдавніші камені на Марсі чи Землі

Однак ми можемо дізнатися не лише про історію Марса. Ми навіть можемо дізнатися про історію всієї Сонячної системи.

Марс був дуже активним у своїй ранній історії, і на його поверхні все ще видно деякі надзвичайно давні камені. Ми можемо побачити деякі з них навколо краю кратера Єзеро у величезних відкладеннях розміром з будинок, які називаються мегабрекчіями, які були підняті в повітря від удару, який утворив кратер. Вважається, що вік цих порід близько чотирьох мільярдів років, що робить їх не тільки одними з найдавніших порід на Марсі, але потенційно навіть старшими за найстаріші порід на Землі.

Це тому, що Земля має активну внутрішню частину з тектонікою плит, яка переробляє гірські породи та знищує більшу частину гірських порід. Внутрішня частина Марса, однак, тектонічно неактивна, тому гірські породи там зберігаються значно довше.

«На Марсі 50 відсотків планети віком три з половиною мільярди років або більше. Таким чином, на Марсі зберігся великий запис часу ранньої сонячної системи, якого просто немає на Землі», – сказав Стек Морган. «Марс — чудове місце, щоб дізнатися про ранню Сонячну систему».

Магія Єзера

Кожне з різних середовищ може запропонувати дослідникам: дельта для пошуку стародавнього життя, карбонатні відкладення для вивчення марсіанського клімату, вулканічних порід для датування періодів в історії Марса та найдавніших порід, щоб дізнатися про раннє сонячне система.

Дельти також мають ще одну корисну особливість, оскільки вони повні каменів з інших місць, які принесла річка. «Дельти служать справді чудовій меті зібрати зразки гірських порід із великих відстаней, далеко за межами кратера. У певному сенсі річка та дельта збирали каміння за нас», — сказав Стек Морган.

Хоча ці породи не мають такого контексту, як зразок на місці, вони дозволяють дослідникам отримати уявлення про різноманітність стародавніх порід, які існували на набагато більшій території, ніж марсохід міг би досліджувати.

І в цьому магія Єзеро – тут є всі ці цілі, кожна з яких була б неоціненною сама по собі, і всі вони досить близько, щоб їх відвідав один марсохід.

«Ви поєднуєте карбонати та їхній потенціал, родовища дельти та озерні відкладення є чудовим місцем для пошуку ознак стародавнього життя, а потім у вас є вулканічні породи. І це все в межах траверсів марсохода Perseverance», — сказав Стек Морган. «Всі ці речі є в межах досяжності однієї місії на Марс».

Тачдаун неминучий

Оскільки це таке особливе місце, ви можете задатися питанням, чому NASA раніше не відправляло до Єзеро марсохід, як-от марсохід Curiosity, який зараз досліджує кратер Гейл. Це тому, що Jezero раніше було недоступне через небезпечні умови приземлення. Jezero має такі особливості, як піщані дюни, круті схили та багато розкиданих каменів, які створювали б небезпеку приземлення для попередніх марсоходів.

Але Наполегливість озброєна a нова система посадки, яка називається Terrain Relative Navigation, яка використовує камеру та бортові карти, щоб визначити безпечне місце для посадки навіть серед цих небезпек. Технологія посадки стала настільки складною, що вчені можуть вибрати найцікавіше місце для дослідження, а інженери можуть сказати, що вони впевнені, що зможуть посадити марсохід там.

Незважаючи на це, посадка марсохода все ще є заплутаною, надзвичайно складною операцією, за яку всі тримають кулаки. Стек Морган сказала, що вона була «м’яч нервів» щодо посадки, але дуже рада, що марсохід розпочне свою місію.

З огляду на стільки потенційних відкриттів, які покладаються на роботизовані плечі марсохода, ми також будемо тримати кулаки за безпечну посадку та успішну місію.

Рекомендації редакції

• Космологічне переміщення: хитра логістика відправлення людей на Марс
• Удосконалення двигуна: як ми доставимо людей на Марс
• Електростанції на інших планетах: як ми будемо виробляти електроенергію на Марсі
• Збирання гідратації: як майбутні поселенці будуть створювати та збирати воду на Марсі
• Астроагрокультура: як ми будемо вирощувати зернові культури на Марсі