Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) впервые напрямую определили температуру поверхности раннего Марса, предоставив доказательства, согласующиеся с более теплым и влажным марсианским прошлым.
Проанализировав карбонатные минералы в метеорите возрастом четыре миллиарда лет, который образовался недалеко от поверхности Марса, ученые определили, что минералы образовались при температуре около 18 градусов по Цельсию (64 градуса по Фаренгейту). «Что действительно здорово, так это то, что 18 градусов - это не особенно холодно и не особенно жарко», - говорит Вуди Фишер, доцент кафедры геобиологии и соавтор статьи, опубликованной онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 3 октября..«Это замечательный результат».
Знание температуры Марса имеет решающее значение для понимания истории планеты - ее прошлого климата и того, была ли на ней когда-то жидкая вода. Марсоходы и орбитальные космические аппараты обнаружили древние дельты, реки, дно озер и залежи полезных ископаемых, что позволяет предположить, что вода действительно текла. Поскольку сейчас на Марсе средняя температура -63 градуса по Цельсию, существование жидкой воды в прошлом означает, что тогда климат был намного теплее. Но чего не хватало, так это данных, прямо указывающих на такую историю. «Есть все эти идеи, которые были разработаны о более теплом и влажном раннем Марсе», - говорит Фишер. «Но есть очень мало данных, которые на самом деле имеют отношение к этому». То есть до сих пор.
Это всего лишь одна точка данных, но она первая и единственная на сегодняшний день. «Это доказательство того, что в начале истории Марса по крайней мере одно место на планете было способно поддерживать земной климат от нескольких часов до нескольких дней», - говорит Джон Эйлер, исследователь Роберта П. Профессор геологии Шарп и профессор геохимии, а также соавтор статьи. Первый автор - Итай Халеви, бывший доктор наук, который сейчас работает в Институте науки Вейцмана в Израиле.
Чтобы провести измерения, исследователи проанализировали один из старейших известных камней в мире: ALH84001, марсианский метеорит, обнаруженный в 1984 году в Аллан-Хиллз в Антарктиде. Метеорит, вероятно, стартовал в десятках метров ниже поверхности Марса и был унесен ветром, когда другой метеорит врезался в этот район, отбросив часть Марса к Земле. Камень в форме картофеля попал в заголовки газет в 1996 году, когда ученые обнаружили в нем крошечные шарики, похожие на окаменелые бактерии. Но утверждение, что это была внеземная жизнь, не подтвердилось при ближайшем рассмотрении. Происхождение глобул, содержащих карбонатные минералы, оставалось загадкой.
«Было чертовски сложно разработать процесс, который в первую очередь привел к образованию карбонатных минералов», - говорит Эйлер. Но было бесчисленное множество гипотез, добавляет он, и все они зависят от температуры, при которой образовались карбонаты. Некоторые ученые говорят, что минералы образовались, когда богатая карбонатами магма остыла и кристаллизовалась. Другие предположили, что карбонаты образовались в результате химических реакций в гидротермальных процессах. Другая идея заключается в том, что карбонаты осаждаются из солевых растворов. Температуры, необходимые для всех этих процессов, колеблются от выше 700 градусов Цельсия в первом случае до ниже точки замерзания в последнем. «Все эти идеи заслуживают внимания», - говорит Эйлер.
Поэтому определение температуры с помощью независимых средств поможет сузить круг вопросов, как мог образоваться карбонат. Исследователи обратились к термометрии слипшихся изотопов, методу, разработанному Эйлером и его коллегами, который использовался для различных приложений, включая измерение температуры тела динозавров и определение истории климата Земли.
В этом случае команда измерила концентрацию редких изотопов кислорода-18 и углерода-13, содержащихся в образцах карбоната. Карбонат состоит из углерода и кислорода, и по мере его образования два редких изотопа могут связываться друг с другом, слипаясь, как называет это Эйлер. Чем ниже температура, тем сильнее слипаются изотопы. В результате определение степени комкования позволяет проводить прямое измерение температуры.
Измеренная исследователями температура - 18 ± 4 градуса по Цельсию - исключает многие гипотезы образования карбонатов. «Многие идеи, которые были в ходу, исчезли, - говорит Эйлер. Во-первых, умеренная температура означает, что карбонат должен образоваться в жидкой воде. «Вы не можете выращивать карбонатные минералы при температуре 18 градусов, кроме как из водного раствора», - объясняет он. Новые данные также предполагают сценарий, в котором минералы образовались из воды, которая заполнила крошечные трещины и поры внутри породы прямо под поверхностью. По мере испарения воды из породы выделялся углекислый газ, и растворенные вещества в воде становились более концентрированными. Затем минералы объединялись с растворенными ионами карбоната с образованием карбонатных минералов, которые оставались позади, поскольку вода продолжала испаряться.
Могла ли эта влажная и теплая среда быть средой обитания для жизни? Скорее всего, нет, говорят исследователи. Эти условия не существовали бы достаточно долго, чтобы жизнь росла или развивалась - для высыхания воды понадобилось бы от нескольких часов до нескольких дней. Тем не менее, эти результаты являются доказательством того, что земная среда когда-то существовала по крайней мере в одном конкретном месте на Марсе в течение короткого времени, говорят исследователи. Что это означает для глобальной геологии Марса - является ли эта порода представителем марсианской истории или просто изолированным артефактом - остается открытым вопросом.
Исследование, описанное в статье PNAS, «Карбонаты в марсианском метеорите Allan Hills 84001 образовались при температуре 18 ± 4 °C в приповерхностной водной среде», было поддержано стипендией Texaco Postdoctoral Fellowship, НАСА и Национальный научный фонд.