Холодне та крижане минуле Марса розкрито в нових дослідженнях

Останні дослідження, що порівнюють ґрунти Землі та Марса, показують, що історичний клімат Марса був холодним і субарктичним, подібним до клімату Ньюфаундленду. Дослідження було зосереджено на аморфних матеріалах у ґрунті кратера Гейла, які потенційно збереглися в умовах, близьких до замерзання, пропонуючи нове уявлення про умови навколишнього середовища Марса та його потенціал для життя.

Дослідження минулого клімату Марса через ґрунти Землі

Питання про те, чи на Марсі колись існувало життя, десятиліттями захоплювало уяву вчених і громадськості. Головним у відкритті є розуміння минулого клімату сусіда Землі: чи планета була теплою та вологою, з морями та річками, схожими на ті, що є на нашій планеті? Або він був холодним і крижаним, і тому потенційно менш схильним до підтримки життя, яким ми його знаємо?

Нове дослідження знаходить докази на підтримку останнього, визначаючи подібність між ґрунтами, знайденими на Марсі, та грунтами канадського Ньюфаундленду, холодного субарктичного клімату.

Уявлення з аналізу ґрунту кратера Гейл

Дослідження, опубліковане в журналі Communications Earth and Environment 7 липня ,  шукало ґрунти на Землі з матеріалами, порівнянними з кратером Гейл на Марсі. Вчені часто використовують ґрунт, щоб зобразити історію навколишнього середовища, оскільки присутні мінерали можуть розповісти історію еволюції ландшафту в часі. Більше розуміння того, як утворилися ці матеріали, може допомогти відповісти на давні питання про історичні умови на Червоній планеті. Ґрунт і скелі кратера Гейла містять дані про клімат Марса 3-4 мільярди років тому, коли на планеті була відносно велика кількість води, і це був той самий період, коли на Землі вперше з’явилося життя.

«Кратер Гейл — це палеозерне дно — очевидно, там була вода. Але якими були умови навколишнього середовища, коли там була вода?» каже Ентоні Фельдман, ґрунтознавець і геоморфолог, який зараз працює в DRI. «Ми ніколи не знайдемо прямого аналога марсіанської поверхні, тому що умови на Марсі та на Землі дуже відрізняються. Але ми можемо спостерігати за тенденціями в земних умовах і використовувати їх, щоб спробувати екстраполювати на питання Марса».

Проблеми в аналізі марсіанських матеріалів

Марсохід NASA Curiosity Rover досліджує кратер Гейл з 2011 року і знайшов безліч ґрунтових матеріалів, відомих як «рентгенівський аморфний матеріал». Ці компоненти ґрунту позбавлені типової повторюваної атомної структури, яка визначає мінерали, і тому їх неможливо легко охарактеризувати за допомогою традиційних методів, таких як рентгенівська дифракція. Коли рентгенівське випромінювання потрапляє на кристалічні матеріали, такі як алмаз, наприклад, рентгенівське випромінювання розсіюється під характерними кутами, що залежать від внутрішньої структури мінералу. Однак рентгенівський аморфний матеріал не створює цих характерних «відбитків пальців». Цей метод рентгенівської дифракції використовувався марсоходом Curiosity, щоб продемонструвати, що рентгенівський аморфний матеріал становить від 15 до 73% зразків ґрунту та гірських порід, досліджених у кратері Гейл.

«Ви можете подумати про рентгенівські аморфні матеріали, такі як Jello», — каже Фельдман. «Це цей суп із різних елементів і хімікатів, які просто ковзають один повз одного».

Марсохід Curiosity Rover також провів хімічний аналіз зразків ґрунту та гірських порід, виявивши, що аморфний матеріал багатий на залізо та кремнезем, але має дефіцит алюмінію. Крім обмеженої хімічної інформації, вчені ще не розуміють, що таке аморфний матеріал або що означає його присутність щодо історичного середовища Марса. Розкриття додаткової інформації про те, як ці загадкові матеріали утворюються та зберігаються на Землі, може допомогти відповісти на постійні запитання про Червону планету.

Польові дослідження, що імітують марсіанські умови

Фельдман і його колеги відвідали три місця в пошуках подібного рентгенівського аморфного матеріалу: плато Національного парку Грос Морн в Ньюфаундленді, гори Кламат у північній Каліфорнії та західну Неваду. На цих трьох ділянках були змієподібні ґрунти, які дослідники очікували, що вони хімічно подібні до рентгенівського аморфного матеріалу в кратері Гейл: багаті залізом і кремнієм, але не мають алюмінію. Три локації також забезпечили діапазон опадів, снігопадів і температур, які могли б допомогти зрозуміти тип умов навколишнього середовища, які створюють аморфний матеріал і сприяють його збереженню.

На кожній ділянці дослідницька група досліджувала ґрунти за допомогою рентгенівського дифракційного аналізу та трансмісійної електронної мікроскопії, що дозволило їм побачити ґрунтові матеріали на більш детальному рівні. У субарктичних умовах Ньюфаундленду виникли матеріали, хімічно подібні до тих, що були знайдені в кратері Гейл, але також позбавлені кристалічної структури. Ґрунти, створені в більш теплих кліматичних регіонах, таких як Каліфорнія та Невада, цього не зробили.

«Це показує, що вам потрібна вода для формування цих матеріалів», — каже Фельдман. «Але для збереження аморфного матеріалу в ґрунтах повинні бути холодні умови середньої річної температури, близькі до точки замерзання».

Аморфний матеріал часто вважається відносно нестабільним, що означає, що на атомному рівні атоми ще не організовані у свої остаточні, більш кристалічні форми. «Щось відбувається в кінетиці — або швидкості реакції — що сповільнює її, щоб ці матеріали могли зберігатися протягом геологічних масштабів часу», — каже Фельдман. «Ми припускаємо, що дуже холодні умови, близькі до температури замерзання, є одним із кінетичних обмежуючих факторів, який дозволяє цим матеріалам утворюватися та зберігатися».

«Це дослідження покращує наше розуміння клімату Марса», — каже Фельдман. «Результати показують, що велика кількість цього матеріалу в кратері Гейл відповідає субарктичним умовам, подібним до того, що ми побачимо, наприклад, в Ісландії».