Морозные южные равнины ранней весной. Изображение предоставлено: MSSS / JPL / NASA Нажмите для увеличения
Обнаружение метана в марсианской атмосфере поставило перед учеными задачу найти источник газа, который обычно связан с жизнью на Земле. Одним из источников, которые можно исключить, является древняя история: метан может выжить в марсианской атмосфере всего 600 лет, прежде чем солнечный свет разрушит его.
Если глобальная концентрация метана на Марсе составляет 10 частей на миллиард, то в среднем 4 грамма метана разрушаются каждую секунду солнечным светом. Это означает, что около 126 метрических тонн метана необходимо производить каждый год, чтобы обеспечить постоянную концентрацию в 10 частей на миллиард.
Существует внешняя вероятность того, что метан доставляется на Марс кометами, астероидами или другим мусором из космоса. Расчеты показывают, что микрометеориты, вероятно, будут поставлять только 1 килограмм метана в год, что намного ниже уровня замены в 126 тонн. Кометы могут доставлять огромную порцию метана, но интервал между крупными ударами комет составляет в среднем 62 миллиона лет, поэтому маловероятно, чтобы какая-либо комета доставляла метан в течение последних 600 лет.
Если мы можем исключить доставку метана, то метан должен быть произведен на Марсе. Но является ли биология источника или процессы, не связанные с жизнью?
Небольшой процент метана Земли производится посредством небиологических («абиогенных») взаимодействий между углекислым газом, горячей водой и некоторыми породами. Может ли это происходить на Марсе? Возможно, говорит Джеймс Лайонс из Института геофизики и физики планет в Лос-Анджелесе.
Эти реакции требуют только камня, воды, углерода и тепла, но на Марсе, откуда будет тепло? Поверхность планеты холодная, в среднем минус 63 градуса C. Вулканы могут быть источником тепла. Геологи считают, что самое последнее извержение на Марсе было, по крайней мере, 1 миллион лет назад - достаточно недавнее, чтобы предположить, что Марс все еще активен и, следовательно, глубоко под поверхностью
Струйка метана, составляющая в среднем 4 грамма в секунду, может исходить из такой геологической горячей точки. Но любая марсианская горячая точка должна быть глубокой и хорошо изолированной от поверхности, так как система тепловизионной визуализации на Марс Одиссея не обнаружила мест, которые были бы как минимум на 15 градусов выше, чем окружающая среда. Тем не менее, Лайонс считает, что все еще возможно, что глубокое тело магмы может поставлять тепло.
В одной компьютерной модели упрощенной марсианской геологии охлаждающее тело из магмы глубиной 10 км, шириной 1 км и длиной 10 км создало температуру 375–450 градусов C, которая управляет образованием абиогенного метана на срединно-океанических хребтах Земли. Лайонс говорит, что такое тело из горячих камней «совершенно разумно, в этом нет ничего странного», потому что Марс, вероятно, сохраняет тепло от образования планет, как и Земля.
«Это побуждает нас думать, что это правдоподобный сценарий для объяснения метана на Марсе, и мы не увидели бы подпись этой дамбы (тела горячей скалы) на поверхности», - говорит Лайонс. «Это угол, который мы преследуем; это самое простое, самое прямое объяснение обнаруженного метана ».
Хотя никто не может исключить абиогенные источники для метана на Марсе, когда вы обнаруживаете метан на Земле, вы обычно видите работу метаногенов, древних анаэробных микробов, которые перерабатывают углерод и водород в метан. Могут ли метаногены жить на Марсе?
Чтобы выяснить это, Тимоти Краль, доцент биологических наук в Университете Арканзаса, начал выращивать пять типов метаногенов 12 лет назад в вулканической почве, выбранной для имитации марсианской почвы. Теперь он показал, что метаногены могут годами выживать на гранулированной почве с низким содержанием питательных веществ, хотя при выращивании в условиях, подобных Марсу, всего при 2 процентах атмосферного давления Земли они высыхают и через пару недель становятся бездействующими.
«Почва имеет тенденцию высыхать, и мы смогли найти жизнеспособные клетки; они все еще живы, но метана больше не производят », - говорит Краль.
Метаногенам нужен постоянный источник углекислого газа и водорода. В то время как на Марсе много углекислого газа, «водород - вопросительный знак», - говорит Краль.
Владимир Краснопольский, профессор исследований в Католическом университете Америки в Вашингтоне, округ Колумбия, обнаружил 15 частей на миллион молекулярного водорода в атмосфере Марса. Вполне возможно, что этот водород уходит из глубокого источника в глубине Марса, который могли бы использовать метаногены.
Если метаногены находятся глубоко внутри Марса, метановый газ, который они производят, будет медленно подниматься к поверхности. В конце концов он может достигнуть условия давления и температуры, при которых он попадет в кристаллы льда, образуя гидрат метана.
«Если бы существовала подповерхностная биосфера, гидрат метана был бы неизбежным следствием, если бы вещи вели себя так, как они делают на Земле», - говорит Стивен Клиффорд из Лунного и планетарного института в Хьюстоне, штат Техас.
И есть дополнительная выгода, добавляет Клиффорд. Гидраты метана «будут представлять собой изолирующее покрытие, которое значительно уменьшит толщину мерзлого грунта на Марсе с нескольких километров на экваторе до, возможно, менее километра». Другими словами, гидрат метана будет хранить свидетельства жизни и изолировать любую жизнь, оставшуюся от сверхнизких температур поверхности.
Хотя данные о состоянии в километре ниже марсианской поверхности отсутствуют, растущая картина сложности, размеров и адаптируемости подземной биосферы Земли, безусловно, повышает вероятность существования жизни в сопоставимых условиях внутри Марса. Подземная биосфера Земли состоит в основном из микробов, некоторые из которых живут на глубинах, под давлением и в химических условиях, которые раньше считались неблагоприятными для жизни.
Глубоко внутри Марса может быть труднодоступным местом, чтобы зарабатывать на жизнь, но метаногены не слабаков, говорит Крал. «Они крепкие, долговечные. Тот факт, что они были вокруг, вероятно, с начала жизни на Земле и продолжают оставаться преобладающей формой жизни под поверхностью и в глубине океанов, означает, что они выжили, у них очень хорошо получается ».
Первоначальный источник: НАСА Астробиология
