Группе российских ученых удалось раскрыть новую сторону влияния перхлоратов — соединений хлора, кислорода и водорода — на процессы, происходящие за пределами нашей планеты. Эти вещества, обильно присутствующие в марсианской почве и на ледяной поверхности Европы, спутника Юпитера, играют двойственную роль: с одной стороны, они ускоряют разрушение органических молекул, а с другой — могут предоставлять некоторым формам микроорганизмов источник энергии. Новые знания о свойствах и поведении перхлоратов открывают потенциальные пути для поиска следов жизни в других частях Солнечной системы. Исследование, поддержанное Российским научным фондом (РНФ), поднимает перспективу изучения геохимических процессов, определяющих среду обитания на Марсе и Европе.
Марс и Европа: химия и радиация поверхности
Современные научные представления свидетельствуют, что марсианская поверхность насыщена соединениями хлора, оставшимися после испарения древних водоемов и впоследствии включёнными в вулканическую пыль. Космическая радиация, действующая на эти соединения, приводит к образованию перхлоратов — солей хлорной кислоты, которые постепенно накапливаются в поверхностных слоях почвы и льда. Органы поиска органической материи сталкиваются с задачей: перхлораты не только активно уничтожают органику, затрудняя её обнаружение, но и, по мнению биологов, могут выступать энергетическим ресурсом для необычных форм жизни, способных существовать в экстремальных условиях.
Вопрос о стабильности перхлоратов под воздействием различных факторов, характерных для космических тел, оставался до недавнего времени малоизученным. Большинство экспериментов, посвящённых радиолизу этих веществ, проводились с чистыми образцами, не учитывая структурную сложность реголита и наличие воды, столь важной для реальных условий Марса и Европы.
Экспериментальные методы и научная команда
Ключевые этапы исследования были воплощены совместными усилиями специалистов ведущих научных школ России: Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), Института космических исследований РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Воссоздав лабораторные аналоги инопланетных условий, ученые тщательно изучили поведение различных композициий и форм перхлоратов — чистых, растворенных в воде, смешанных с кварцевым песком и водно-минеральных аналогов марсианского грунта.
Все образцы подвергались сильнейшему охлаждению до –140°C и вакуумированию, чтобы имитировать суровые климатические условия полярных областей Марса. Обработка электронным облучением позволила моделировать действие космической радиации, после чего анализировались количественные и качественные изменения перхлоратов и сопутствующих соединений.
Результаты: среды, способствующие сохранению следов жизни
Выяснилось, что ключевым фактором для сохранности органических молекул и самого перхлората является окружающая среда. Самыми уязвимыми оказались «сухие» песчаные образцы, в которых до 30% перхлората разрушалось при высоких дозах излучения. При наличии воды скорость распада перхлоратов резко замедлялась: вода поглощает часть излучения и блокирует обменные процессы, что приводит к увеличению сроков стабильности соединений.
Подобные результаты означают, что в ледяных и увлажнённых регионах вне Земли вероятность нахождения хорошо сохранившихся органических молекул (биомаркеров) значительно выше. Это важно при планировании будущих автоматических миссий — поиск возможных следов жизни имеет смысл ориентировать именно на такие области, как тенистые долины, кратеры или подповерхностные ледяные слои.
Временные оценки и обновление поверхности планет
Математическое моделирование, проведённое на основании экспериментальных данных, позволило оценить сроки сохранения соединений в недрах и на поверхности исследуемых тел. Согласно расчётам, на глубине приблизительно одного метра в марсианском грунте перхлораты способны сохраняться десятки — а в ряде случаев и сотни — миллионов лет. Ближе к поверхности темпы их разрушения возрастают: вещества исчезают за несколько сотен тысяч — миллионов лет в зависимости от условий региона.
Поверхность Европы, где уровень радиационного воздействия значительно выше, обновляется ещё интенсивнее: верхние слои льда теряют перхлораты менее чем за столетие. Таким образом, химический состав ледяной оболочки этого спутника находится в динамическом равновесии, постоянно обновляясь и скрывая древнейшие органические следы под свежими слоями льда.
Оптимизм ученых: перспективы поиска жизни
Достигнутые выводы подтверждают, что для исследований возможной внеземной жизни необходимо выбирать области с максимальной сохранностью перхлоратов и соответствующих биомаркеров. «Наши результаты вносят свой вклад в решение одного из самых фундаментальных вопросов современной науки: возможна ли жизнь на Марсе и за его пределами? Знания о химических и физических процессах позволяют точнее оценивать пригодность внеземных сред для жизни, а также разрабатывать стратегии для её поиска», — делится Владимир Чепцов, кандидат биологических наук и ведущий научный сотрудник кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова.
Ученые отмечают, что даже небольшие различия во влажности или минеральном составе среды могут кардинально менять шансы на обнаружение сохранившейся органики. Экспериментальные методы, разработанные в рамках этого исследования, послужат основой для изучения влияния других факторов — например, температурных изменений — на процессы радиолиза перхлоратов в будущем.
Сотрудничество и вклад науки в будущее космоса
В исследовании принимали участие специалисты из Института космических исследований РАН и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, что позволило обеспечить междисциплинарный подход и высокий уровень проведения опытов. Созданный научный задел не только углубляет фундаментальные знания о химии и эволюции бесплодных миров, но и обеспечивает оптимизм для перспективных межпланетных миссий России.
Фундаментальные открытия, полученные в результате этого проекта при поддержке Российского научного фонда, становятся важной опорой для дальнейших шагов в исследовании Марса, Европы и других небесных тел — в поиске признаков жизни, которая, возможно, существует совсем рядом, но пока скрыта ледяной или песчаной завесой внеземного ландшафта.
Источник: indicator.ru
