Життя на Марсі

У 1854 році Вільям Г'юел теоретизував, що на Марсі можуть бути моря, суша та, ймовірно, певні форми життя. Спекуляції навколо тематики існування життя на Марсі вибухнули наприкінці XIX століття, після того, як деякі спостерігачі побачили на Марсі, за допомогою телескопів дещо, що отримало назву «марсіанські канали», які пізніше виявилися лиш оптичними ілюзіями. Незважаючи на це, у 1895 році американський астроном Персіваль Ловель опублікував свою книжку «Марс», а потім — «Марс та його канали» у 1906 р., висловлюючи в цих книгах думку, що марсіанські канали — це творіння давно зниклих цивілізацій. Ця ідея надихнула британського письменника Герберта Велеса написати роман «Війна світів» у 1897 р., в якому описувалося вторгнення на Землю прибульців із Марса, які рятувалися від висихання своєї планети.

Спектроскопічний аналіз атмосфери Марса по-справжньому розпочався у 1894 році, коли американський астроном Вільям Воллес Кемпбелл довів, що ані води, ані кисню немає у марсіанській атмосфері. До 1909 року якісніші телескопи та найкращі перигелійні протистояння Марса, що спостерігалися з 1877 року, остаточно покінчили із гіпотезою каналів.

Наразі немає наукових доказів існування життя на Марсі. Хоча припускають, що воно там може бути. Ще до початку польотів на Марс він був першим кандидатом на виявлення там позаземного життя. На Марсі було знайдено зразки льоду, що є однією з умов існування життя. За останніми відомостями, в минулому на Марсі існувала вода в рідкому стані, поверхню планети вкривали моря. Однак внаслідок нез'ясованих досі причин вона практично зникла. Цілком можливо, що ще кілька мільйонів років тому клімат на Марсі був вологішим. Доказом цього слугує рельєф планети. Одна з версій втрати Марсом води - це результат дії сонячного вітру.

Придатність для життя

Хімічні, фізичні, геологічні та географічні чинники формують середовище Марса. Окремі вимірювання та розрахунки цих факторів можуть бути недостатніми для того, аби назвати певне середовище придатним для життя, але сукупність такої інформації може допомогти передбачити розташування місцевостей із більшим чи меншим потенціалом життєпридатності. Два сьогоднішні екологічні підходи до прогнозування потенційної життєпридатності марсіанської поверхні використовують 19 чи 20 факторів середовища, роблячи акцент на наявності води, температурі, а також присутності поживних речовин, джерела енергії та захисту від сонячного ультрафіолету та галактичного космічного випромінювання.

Науковці не знають, яка кількість параметрів є мінімальною для визначення потенціалу життєпридатності, але вони певні, що їх число має бути більшим, ніж один чи два фактори з таблиці нижче. Так само і в кожній групі параметрів — для кожного з них ще треба визначити поріг життєпридатності. Лабораторні симуляції показують, що кожного разу, коли поєднуються декілька летальних факторів, шанси на виживання різко падуть. Поки що немає опублікованих повноцінних симуляцій марсіанського середовища, в яких поєднувалися б усі біоцидні фактори. У 1965 році міжпланетна космічна станція Марінер-4 визначила, що у Марса відсутнє планетарне магнітне поле, яке б захищало планету від потенційно небезпечної для життя космічної та сонячної радіації; спостереження, виконані наприкінці 1990-х космічним апаратом Mars Global Surveyor, підтвердили це відкриття. Науковці припускають, що відсутність магнітосферного захисту посприяла сонячному вітру розметати більшу частину атмосфери Марса за період у декілька мільярдів років. Як наслідок, планета стала вразливою до радіації із космосу на 4 мільярди років, приблизно. Зараз іонізаційна радіація на Марсі є в середньому на два порядки величини (або в 100 раз) вищою, ніж на Землі. Навіть найвитриваліші з відомих клітин не змогли б вижити в такій космічній радіації поблизу поверхні Марса протягом настільки тривалого часу. Після мапування рівнів космічної радіації на різних глибинах марсіанської поверхні, дослідники зробили висновок, що будь-яка форма життя в межах декількох метрів від планетарної поверхні загинула б від смертельних доз космічної радіації. Команда вчених вирахувала, що накопичуване пошкодження, яке завдається ДНК та РНК космічною радіацією, встановлює бар'єр глибини, на якій можливе віднайдення бездіяльних живих клітин на Марсі, на рівні 7.5 метрів під поверхнею планети і нижче.

Навіть найбільш терпимі до радіації земні бактерії змогли б проіснувати у стані бездіяльних спор лише протягом 18 000 років на марсіанській поверхні; на 2-метровій глибині, яка є максимальною, якої здатен досягти за допомогою бура марсохід ExoMars — час виживання становив би від 90 000 до півмільйона років, залежно від типу скельної породи, під якою такі бактерії перебували б.

Детектор рівня радіації Radiation assessment detector (RAD) на борту марсохода «К'юріосіті» зараз оцінює потік біологічно небезпечної радіації до поверхні сучасного Марса, і завдяки цим вимірюванням допоможе визначити, яким чином такі радіаційні потоки варіюються впродовж добових, сезонних, сонячних циклів, а також певних епізодичних (сонячний спалах, шторм) проміжків часу. Ці вимірювання дадуть змогу зробити підрахунки щодо рівня глибини в скелі або ґрунті, до якого такий радіаційний потік, діючи протягом тривалих періодів часу, створює радіоактивну зону, смертельну для відомих науці земних організмів.

Дослідження, опубліковане в січні 2014 року на основі даних, зібраних за допомогою інструменту RAD, виявило, що дійсна доза радіації, яка поглинається поверхнею, становить 76 мГр/рік, а також, що «іонізаційна радіація сильно впливає на хімічні сполуки та структури, особливо — на воду, солі та компоненти, чутливі до відновників та окисників, такі як органічна матерія.» Незалежно від походження марсіанської органічної матерії (метеоритне, геологічне або біологічне), її вуглецеві зв'язки є вразливими до розщеплення й подальшого перегрупування та сполучення із навколишніми елементами під дією випромінювання іонізованих заряджених частинок. Така покращена оцінка рівня радіації під марсіанською поверхнею дає можливість робити припущення щодо збереження ймовірних органічних біосигнатур — як функції глибини, а також щодо часу виживання ймовірних мікробних чи бактеріальних форм життя, застиглих в бездіяльному стані під поверхнею планети. Доповідь завершується твердженням, що виконані «вимірювання властивостей поверхні — та оцінка верхніх її шарів — стримують межу виживання для марсіанської органічної матерії на рівні декількох метрів від марсіанської поверхні, вище від якої органіка б розкладалася та піддавалася іонізаційній радіації.»

Протягом цілих століть люди розмірковували над імовірністю життя на Марсі, зважаючи на близькість та подібність цієї планети до Землі. Серйозні пошуки ознак життя розпочалися у XIX столітті, і вони продовжуються й досі через телескопні спостереження та космічні місії із висадкою апаратів на Марсі. В той час як рання праця в цьому напрямку зосереджувалася на феноменології та межувала із фантазією, сучасні наукові підходи змусили науковців фокусувати увагу на пошуку води, хімічних біосигнатур у ґрунті та кам'яних породах на поверхні планети, а також біосигнатур у газах атмосфери.

Марс становить особливий інтерес у контексті дослідження виникнення життя через схожість цієї планети до Землі на ранніх етапах її формування. Марс видається особливо сприятливим для таких досліджень, оскільки він має холодний клімат, на ньому відсутні такі явища як тектоніка плит або дрейф континентів, тож планета залишилася майже незміненою з кінця Гесперійського періоду. Вік щонайменше двох третин поверхні Марса налічує понад 3.5 мільярда років, а тому Марс може таїти в собі найкращий збір інформації щодо пребіотичних умов, які зрештою могли б призвести до абіогенезу, навіть якщо життя не існує, або й ніколи не існувало на цій планеті. Наразі залишаються відкритими питання щодо того, чи існує зараз життя на Марсі, або чи воно існувало там в минулому, а фантазії на тему фантастичних марсіан є повторюваною рисою масової розважальної культури XX та XXI століть.

24 січня 2014 року NASA повідомили про те, що теперішні дослідження, які виконуються на планеті Марс за допомогою марсоходів«К'юріосіті» та «Опортьюніті» відтепер будуть спрямовані на пошук ознак існування древнього життя, в тому числі біосфери на основі автотрофних, хемотрофних та/або хемолітотрофних мікроорганізмів, а також древніх водойм, в тому числі річково-озерних середовищ (рівнин, пов'язаних із положенням древніх річок чи озер), які могли колись бути придатними для життя. Пошук ознак життєпридатності, тафономії (пов'язана із скам'янілостями) та органічного вуглецю на планеті Марс є зараз першочерговою .

Минуле

Останні моделі продемонстрували, що навіть при густій атмосфері, з високим вмістом CO2, ранній Марс був, фактично, холодніший, аніж Земля. Однак, тимчасові періоди потепління, пов'язаного із впливом вулканічної активності, могли створити такі умови, які були б сприятливими для формування мереж долин пізнього Ноахійського періоду, хоча ближче до середини Ноахійського періоду планетарні умови були, швидше за все, морозяні. Місцеві потепління середовища в результаті вулканізму та подібних чинників були б радше спорадичні, однак, мабуть, було багато таких явищ, які змушували воду текти поверхнею Марса.

Втрата марсіанського магнітного поля справила значний вплив на розвиток поверхневого середовища через втрату атмосфери та збільшення вхідної радіації; ця зміна сильно понизила придатність марсіанської поверхні для життя. Якби на планеті було магнітне поле, атмосфера захистила б поверхню від ерозії сонячним вітром, а це, в свою чергу, забезпечило б збереження щільної атмосфери, необхідної для існування води у рідкій формі на поверхні Марса. Втрата атмосфери супроводжувалася пониженням температур. Частина запасів рідкої води випарувалася й була перенесена на полюси, в той час як решта опинилася ув'язненою в шарі льоду під поверхнею.

Спостереження на Землі, поряд із числовим моделюванням, продемонстрували, що зіткнення з космічним об'єктом, в результаті якого утворюється кратер, може завершитися формуванням тривалої гідротермальної системи, якщо в корі планети присутній лід. Наприклад, 130-кілометровий кратер міг би підтримувати активну гідротермальну систему навіть до 2-х мільйонів років — отже, достатньо довго для того, аби змогло виникнути мікроорганічне життя.

Зразки ґрунту та каміння, досліджені у 2003 році марсоходом NASA — «К'юріосіті» — за допомогою його бортових інструментів, забезпечили дослідників додатковими відомостями щодо декількох факторів життєпридатності. Команда марсохода ідентифікувала в зразках цього ґрунту деякі із ключових інгредієнтів, необхідних для життя, в тому числі сірку, азот, водень, кисень, фосфор та, ймовірно, вуглець, а також глинисті мінерали, що дозволяє припустити існування давним-давно, на місці збору цих зразків, якогось водного середовища — можливо озера, або древнього русла річки — з нейтральною та не надто солоною водою. 9 грудня 2013 року NASA повідомили, що на основі інформації із марсохода «К'юріосіті», який виконував дослідження в районі рівнини Aeolis Palus, у кратері Ґейл містилося древнє прісноводне озеро, середовище якого могло бути придатним для мікробіологічного життя. Підтвердження того, що на Марсі існували потоки рідкої води, а також — наявність поживних речовин та мінералів, та колишнє відкриття давньої магнітосфери, яка захищала планету від космічної та сонячної радіації, — всі ці дані переконливо свідчать про те, що Марс в минулому міг мати необхідні фактори середовища для підтримування життя. Однак, навіть однозначна оцінка колишнього середовища Марса як такого, що є придатним для життя, ще не є сама по собі підставою стверджувати, що життя на Марсі колись справді існувало. Та якщо й існувало, це, найімовірніше, були мікроорганізми, які жили групами, у рідинах або на поверхні намулу, — або як окремі мікроорганізми, або як біоплівка, відповідно.

Сьогодення

Не було знайдено жодного однозначного доказу існування біосинтезу або органіки марсіанського походження, тож пошук продовжуватиметься, і не лише з плином часу, зі зміною марсіанських сезонів, а й із заглибленням в минуле — як тільки марсохід «К'юріосіті» почне вивчати те, що записано в акумулятивній історії каміння із кратера Ґейл. І хоча науковці не зійшлися в думці щодо мінімального числа параметрів для визначення потенціалу життєпридатності, деякі команди, все ж, спромоглися висловити певні гіпотези на основі симуляцій.

• Підповерхневе середовище. Хоча скидається на те, що марсіанські ґрунти не є явно токсичними для земних мікроорганізмів, життя на поверхні Марса є надзвичайно малоймовірним, оскільки його поверхня просто «купається» в радіації та є цілковито замерзлою. Тому найкращими потенційними місцями для пошуку ознак життя на Марсі можуть виявитись під поверхневі середовища, які ще до цього часу не були досліджені. Поширений в минулому вулканізм, ймовірно, створив розломи й печери під поверхнею Марса в різних геологічних пластах, і в цих порожнинах теоретично могла зберегтися вода у рідкому стані, таким чином формуючи великі водоносні горизонти із відкладеннями солоної рідкої води, мінералів, органічних молекул та доступом до них геотермального тепла, — потенційно забезпечуючи середовище, придатне для життя, віддалене від суворих умов поверхні планети.

• Поверхнева ропа. Хоча вода у формі рідини й не зустрічається на поверхні Марса, декілька експериментів із моделювання дозволяють припустити, що в певних місцевостях планети можуть розташовуватись регіони, в яких можливе формування під поверхнею тонких плівок водянистої ропи або перхлорату, які, в свою чергу, можуть становити потенційне місце проживання соле- та холодолюбних організмів, подібних до земних. Різноманітні солі, присутні у марсіанських ґрунтах, можуть виконувати роль антифризу, утримуючи воду в рідкому стані при температурі, набагато нижчій від звичної точки замерзання, за умови, що вода є в наявності в певних місцевостях, сприятливих для такого розвитку. Така соляниста вода або може, або й не може бути життєпридатною для мікроорганізмів із Землі чи Марса. Деякі дослідники висловлюють скептичні думки з цього приводу, стверджуючи, що, хоча й важливі в хімічному плані, тонкі плівки нестійкої водяної рідини навряд чи здатні виконувати роль місць, пригожих для життя. Так чи інак, команда астробіологів встановила, що активність води в соляних плівках, температура, або обидва ці чинники — є нижчими тих біологічних бар'єрів, які діють по всій марсіанській поверхні та в неглибоких шарах під нею.

• Руйнівний вплив іонізаційної радіації на клітинну структуру є одним із основних обмежувальних факторів для виживання живих організмів у потенційних астробіологічних середовищах. Навіть на глибині 2-х метрів під поверхнею будь-які мікроби, імовірно, були б бездіяльними, кріоконсервованими через тамтешнє морозне середовище, а тому метаболічно неактивними та нездатними протидіяти руйнації клітин, коли б вона відбувалася. Окрім того, сонячне ультрафіолетове (UV) випромінювання, як виявилося, є особливо несприятливим для виживання мікробів, стійких до холоду, що було визначено шляхом штучного відтворення умов марсіанської поверхні, в процесі якого ультрафіолетове випромінювання могло легко й просто проникати крізь органічно-соляну матрицю, в яку були занурені бактеріальні клітини. Окрім того, Програма дослідження Марса, яка працює під егідою NASA, стверджує, що життя на поверхні Марса є вкрай малоймовірним, зважаючи на присутність супероксидів, які розщеплюють органічні (на основі вуглецю) молекули, які є фундаментальною складовою для розвитку життя.