Марсоход НАСА Curiosity предоставляет важную информацию о прошлом и настоящем Марса, что поможет планировать будущие роботизированные и пилотируемые миссии.
За год с небольшим на Красной планете мобильная марсианская научная лаборатория определила возраст марсианской породы, нашла доказательства того, что на планете могла существовать микробная жизнь, сняла первые показания радиации на поверхности и показали, как естественная эрозия может выявить строительные блоки жизни. Члены команды Curiosity представили эти и другие результаты Curiosity в шести статьях, опубликованных сегодня в Интернете изданием Science Express, а также в ходе выступлений на осеннем собрании Американского геофизического союза в Сан-Франциско.
Эпоха Камберленда
Вторая порода Curiosity, пробуренная для получения образца на Марсе, которую ученые прозвали «Камберленд», является первой в истории породой, возраст которой основан на анализе ее минеральных компонентов, когда она находится на другой планете. В отчете Кеннета Фарли из Калифорнийского технологического института в Пасадене и соавторов возраст Камберленда оценивается в 3,86-4,56 миллиарда лет. Это соответствует более ранним оценкам пород в кратере Гейла, где работает Curiosity.
«Возраст не удивителен, но удивительно то, что этот метод работал с использованием измерений, проведенных на Марсе», - сказал Фарли. «Когда вы подтверждаете новую методологию, вы не хотите, чтобы первый результат был чем-то неожиданным. Наше понимание древности марсианской поверхности кажется правильным».
Анализ Камберленда из образца, пробуренного Curiosity, был фундаментальным и беспрецедентным измерением, которое считалось маловероятным, когда марсоход приземлился в 2012 году. Фарли и его соавторы адаптировали 60-летний радиометрический метод для датирования земных пород, который измеряет распад изотопа калия, когда он медленно превращается в аргон, инертный газ. Аргон улетучивается, когда камень расплавляется. Этот метод датирования измеряет количество аргона, которое накапливается, когда порода снова затвердевает.
Прежде чем они смогли измерить горные породы непосредственно на Марсе, ученые оценили их возраст, подсчитав и сравнив количество ударных кратеров в различных областях планеты. Плотность кратеров коррелирует с возрастом на основе сравнения с плотностью кратеров на Луне, которая была привязана к абсолютным датам после того, как лунные миссии Аполлона вернули камни на Землю..
Фарли и его соавторы также оценили, как долго Камберленд находится примерно на расстоянии вытянутой руки от марсианской поверхности, где космические лучи, попадающие на атомы в породе, производят скопления газа, которые Curiosity может измерить.
Анализ трех различных газов показал возраст воздействия в диапазоне от 60 миллионов до 100 миллионов лет. Это говорит о том, что экранирующие слои над скалой были удалены сравнительно недавно. В сочетании с наблюдаемыми признаками ветровой эрозии Curiosity открытие возраста воздействия указывает на образец переносимого ветром песка, разъедающего относительно толстые слои породы. Эрозионный слой образует отступающую вертикальную поверхность или уступ.
«Скорость воздействия удивительно высока», - сказал Фарли. «Место, где вы найдете породы с самым молодым экспозиционным возрастом, будет прямо рядом с подветренными уступами».
От камней к строительным блокам?
Обнаружение пород с самым молодым возрастом экспозиции важно для миссии по изучению того, сохранились ли органические химические вещества из древних сред. Органические химические вещества являются строительными блоками для жизни, хотя они также могут быть получены без какой-либо биологии.
«Мы продвигаемся к определению того, есть ли там марсианская органика», - сказал Дуг Минг из Космического центра НАСА имени Джонсона в Хьюстоне об образце породы Камберленд.«Мы обнаруживаем органику, но не можем исключить, что она может быть принесена с Земли». Curiosity обнаружил в Камберленде более высокие количества, чем в ходе тестов с образцами марсианского грунта или при анализе пустых чашек для образцов. Увеличение количества каменного порошка в тестовой чашке увеличивало количество обнаруживаемого органического содержимого.
благоприятен для жизни
Минг является ведущим автором нового отчета о сайте под названием «Бухта Йеллоунайф». Команда сообщила 10 месяцев назад, что первая пробуренная там порода Curiosity по прозвищу «Джон Кляйн» предоставила доказательства, которые давным-давно соответствовали цели миссии по выявлению марсианской среды, благоприятной для микробной жизни. Богатая глиной среда обитания озера в заливе Йеллоунайф предлагает ключевые химические элементы для жизни, а также воду, не слишком кислую или соленую, и источник энергии. Источник энергии - это тип, используемый многими микробами, питающимися камнями на Земле: смесь серо- и железосодержащих минералов, которые являются готовыми акцепторами электронов, и других, которые являются готовыми донорами электронов, как два полюса батареи.
Кьюриосити не только выполнил свою основную задачу по поиску свидетельств древней среды, которая могла поддерживать жизнь, но также предоставил доказательства того, что пригодные для жизни условия существовали позже, чем ожидалось, и, вероятно, сохранялись в течение миллионов лет.
Дополнительные новые результаты Curiosity дают первые данные о радиационной опасности на поверхности Марса, что поможет в планировании пилотируемых миссий на Марс. Другие результаты помогут в поиске свидетельств жизни на Марсе, улучшая понимание того, как эрозия может обнажить скрытые подсказки молекулярных строительных блоков жизни.
Новые оценки того, когда в заливе Йеллоунайф существовали условия для жизни и как долго они сохранялись, основаны на деталях состава и слоистости горных пород. Считается, что на Марсе было достаточно пресной воды для образования глинистых минералов и, возможно, для поддержания жизни более 4 миллиардов лет назад, но планета подверглась высыханию, в результате чего вся оставшаяся жидкая вода стала кислой и соленой. Ключевой вопрос заключался в том, образовались ли глинистые минералы в заливе Йеллоунайф раньше, выше по течению на краю кратера Гейла, где образовались куски горной породы, или позже, ниже по течению, где частицы породы были перенесены водой и отложены.
Скотт МакЛеннан из Университета Стоуни-Брук в Стоуни-Брук, штат Нью-Йорк, и соавторы обнаружили, что химические элементы в горных породах указывают на то, что частицы были перенесены из области их верхнего течения в залив Йеллоунайф, и что большая часть химического выветривания произошла после того, как они были депонированный. Потеря элементов, которые легко выщелачиваются, таких как кальций и натрий, была бы заметной, если бы выветривание, которое превращает некоторые вулканические минералы в глинистые минералы, произошло выше по течению. Такого выщелачивания ученые не замечали.
Дэвид Ваниман из Института планетологии в Тусоне, штат Аризона, и его соавторы нашли подтверждающие доказательства в отдельном минеральном анализе осадочных пород в заливе Йеллоунайф. Они заметили отсутствие оливина и обилие магнетита, что говорит о том, что породы превратились в глину после того, как их смыло вниз по течению. Наличие смектита говорит об условиях образования глины.
«Смектит является типичным глинистым минералом в озерных отложениях», - сказал Ваниман. «Ее обычно называют набухающей глиной - она прилипает к ботинку, когда вы наступаете на нее. Вы найдете биологически богатую среду там, где вы найдете смектиты на Земле».
Джон Гротцингер из Калифорнийского технологического института и соавторы изучили физические характеристики слоев горных пород в заливе Йеллоунайф и рядом с ним и пришли к выводу, что пригодная для жизни среда существовала в то время, «относительно молодое по марсианским стандартам». Это была часть марсианской истории, называемая Гесперианской эрой, когда части планеты уже становились более сухими и более кислыми, менее 4 миллиардов лет назад и примерно в то же время, что и самые старые свидетельства жизни на Земле.
«Эта пригодная для жизни среда появилась позже, чем многие думали», - сказал Гротцингер. Это имеет глобальные последствия. Это со времен, когда во многих местах на Марсе были дельты, аллювиальные конусы выноса и другие признаки поверхностных вод, но они считались слишком молодыми или слишком недолговечными, чтобы образовать глинистые минералы. Мысль заключалась в том, что если у них были глинистые минералы, они, должно быть, были вымыты из более старых месторождений. Теперь мы знаем, что глиняные минералы могли быть получены позже, и это дает нам много мест, которые также могли иметь обитаемую среду».
Исследования показывают, что пригодные для жизни условия в районе залива Йеллоунайф могли сохраняться от миллионов до десятков миллионов лет. Вероятно, в это время появлялись и исчезали реки и озера. Даже когда поверхность была сухой, недра, вероятно, были влажными, на что указывают минеральные жилы, отложенные подземными водами в трещинах в скале. Толщина наблюдаемых и предполагаемых слоев горных пород обеспечивает основу для оценки продолжительности, а открытие минерального источника энергии для подземных микробов способствует обитаемости повсюду.
Значения для исследователей-людей
Сегодняшние отчеты включают в себя первые измерения естественной радиационной обстановки на поверхности Марса. Согласно отчету Дона Хасслера из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, космические лучи из-за пределов нашей Солнечной системы и солнечные частицы бомбардировали поверхность кратера Гейла со средней мощностью 0,67 миллизиверта в день с августа 2012 года по июнь 2013 года. и соавторы. Для сравнения, радиационное облучение при типичном рентгене грудной клетки составляет около 0,02 миллизиверта. Этот 10-месячный период измерений не включал каких-либо крупных солнечных бурь, затронувших Марс, и более 95 процентов их общего числа были вызваны космическими лучами..
Результаты мониторинга радиации на поверхности представляют собой дополнительную часть головоломки для прогнозирования общей дозы радиации туда и обратно для будущей миссии человека на Марс. В дополнение к мощности дозы Curiosity, измеренной во время его полета на Марс, результаты на поверхности Марса прогнозируют общую мощность дозы туда и обратно для будущей миссии человека в тот же период солнечного цикла, которая будет порядка 1000 миллизивертов.
Долгосрочные исследования населения показали, что воздействие радиации увеличивает риск развития рака у человека на протяжении всей жизни. Воздействие дозы в 1000 миллизивертов связано с 5-процентным увеличением риска развития рака со смертельным исходом. Текущий карьерный предел НАСА для повышенного риска для его астронавтов, работающих в настоящее время на низкой околоземной орбите, составляет 3 процента. Агентство работает с Институтом медицины Национальной академии над вопросами этики, принципов и руководящих принципов в отношении стандартов здоровья для длительных и исследовательских космических полетов.
Излучение, обнаруженное Curiosity, согласуется с более ранними предсказаниями. Новые данные помогут ученым и инженерам НАСА создать более совершенные модели для прогнозирования радиационной обстановки, с которой столкнется человек-исследователь, поскольку агентство разрабатывает новые технологии для защиты астронавтов в глубоком космосе.
«Наши измерения дают важную информацию для пилотируемых полетов на Марс», - сказал Хасслер.«Мы продолжаем следить за радиационной обстановкой и наблюдая за воздействием крупных солнечных бурь на поверхность в разное время солнечного цикла, мы получим дополнительные важные данные. Наши измерения также связаны с исследованиями Curiosity в отношении обитаемости. забота о здоровье человека также влияет на выживание микробов, а также на сохранение органических химических веществ».
Если бы какие-либо органические химические вещества, которые являются потенциальными признаками жизни, действительно существовали бы в горных породах на глубине около 2 дюймов (5 сантиметров), то есть на глубине бурения Curiosity, по оценкам Хасслера, они бы истощились в 1000 раз примерно за 650 лет. миллионов лет радиацией при мощности облучения, измеренной в первые 10 месяцев Curiosity. Однако, по оценке Фарли, камберлендская порода, которую Curiosity взяла на пробу с помощью своего бура в заливе Йеллоунайф, подвергалась воздействию космических лучей всего от 60 до 100 миллионов лет. Исследователи подсчитали, что с таким молодым возрастом воздействия в Камберленде все еще может присутствовать достаточно органического материала, чтобы его можно было обнаружить. Даже если на Марсе никогда не было жизни, планета получает органические молекулы, доставленные метеоритами, которые должны оставить заметный след.
Лаборатория реактивного движения НАСА построила Curiosity и управляет миссией для Управления научной миссии НАСА в Вашингтоне.
Примечание. Специальную подборку статей о результатах можно найти на веб-сайте Science по адресу