Подпишитесь на научную рассылку Wonder Theory от CNN. Исследуйте вселенную с новостями о захватывающих открытиях, научных достижениях и многом другом.
Марс с его культовым ржавым оттенком долгое время называли красной планетой. Теперь ученые, возможно, обнаружили потенциальный источник этой отличительной окраски, тем самым опровергнув популярную теорию.
Марс является одной из наиболее хорошо изученных планет в нашей солнечной системе из-за его близости к Земле и многочисленных космических аппаратов, которые посетили его за последние несколько десятилетий. Вместе орбитальные аппараты и посадочные модули предоставили ученым данные, показывающие, что красный цвет Марса обусловлен ржавыми железными минералами в пыли, покрывающей планету.
В какой-то момент железо в породах на Марсе вступило в реакцию с водой или водой и кислородом в воздухе, образовав оксид железа — примерно так же, как ржавчина образуется на Земле. За миллиарды лет оксид железа распался на пыль и осел по всей планете после того, как его переместили марсианские ветра, которые до сих пор раскручивают пылевые вихри и мощные пылевые бури.
Предыдущие анализы оксида железа на Марсе, основанные только на наблюдениях с помощью космических аппаратов, не обнаружили никаких признаков воды, что привело исследователей к выводу, что оксид железа должен быть гематитом. Считалось, что сухой минерал, основной компонент железной руды, образовался в результате реакций с марсианской атмосферой в процессе, который происходил в течение миллиардов лет. Если это было так, гематит должен был образоваться позже в истории Марса, после того, как на его поверхности появились подозрения о наличии озер и рек.
Новое исследование, объединяющее данные нескольких миссий и воспроизведенную марсианскую пыль, предполагает, что за красный оттенок может отвечать минерал, образующийся в присутствии холодной воды, а не гематит, что может изменить представление ученых о том, каким был Марс миллионы лет назад — и был ли он потенциально пригоден для жизни. Группа ученых сообщила о результатах во вторник в журнале Nature Communications.
«Марс по-прежнему Красная планета», — заявил ведущий автор исследования Адомас Валантинас, научный сотрудник кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Брауна. «Просто наше понимание того, почему Марс красный, претерпело изменения».
Просеивая пыль
Ученые задавались вопросом о точном составе оксида железа в марсианской пыли, поскольку понимание того, как он образовался, позволило бы им фактически заглянуть в прошлое и увидеть, какими были окружающая среда и климат на древнем Марсе.
Однако, несмотря на то, что пыль покрывает все на Марсе, его трудно изучать, и он представляет собой загадку, сказала Бриони Хорган, соисследователь миссии марсохода Perseverance и профессор планетологии в Университете Пердью в Западном Лафайете, штат Индиана. Хорган не принимала участия в исследовании.
«Частицы (окисленного железа) настолько малы (нанометры или меньше), что на самом деле не имеют определенной кристаллической структуры и не могут называться настоящими минералами», — сказал Хорган. «Существуют способы образования окисленного железа без воды, и некоторые предлагаемые сухие процессы включают поверхностное окисление, такое как окислительные корки, которые образуются в скалах в Сухих долинах Антарктиды, и поверхностное окисление путем истирания, когда поверхность подвергается воздействию песчинок в течение длительного времени. Но также есть много способов окисления с помощью воды, в том числе в почвах и озерах».
Новый анализ указывает на другой тип оксида железа, который содержит воду, называемый ферригидритом, который быстро образуется в холодной воде — и, вероятно, образовался на Марсе, когда вода все еще могла существовать на поверхности, прежде чем планета стала холоднее и более негостеприимной. Предыдущие исследования предполагали, что ферригидрит является возможной причиной красноты Марса, но новое исследование впервые объединило лабораторные методы с данными наблюдений, чтобы предоставить доказательства.
«В этой статье мы попытаемся выяснить, какой конкретно плохо кристаллизованный оксид железа может быть ответственен за красный компонент марсианской пыли. Было бы полезно выяснить это, поскольку это может помочь нам определить, какой процесс привел к образованию пыли и когда это произошло», — сказал Хорган.
Валантинас и его команда использовали данные, собранные орбитальным аппаратом Mars Express Европейского космического агентства и аппаратом ExoMars Trace Gas Orbiter, а также марсоходом NASA Mars Reconnaissance Orbiter и марсоходами Curiosity, Pathfinder и Opportunity.
Цветная камера CaSSIS орбитального аппарата Trace Gas Orbiter, также известная как система цветной и стереоскопической визуализации поверхности, выявила точный размер и состав частиц пыли на Марсе, что позволило исследователям создать собственную версию на Земле.
Ученые создали собственную марсианскую пыль в лаборатории, используя различные типы оксида железа. Пыль-реплика была пропущена через специализированную мельницу, чтобы создать зерна, равные по размеру марсианским, с толщиной, эквивалентной 1/100 человеческого волоса.
Команда проанализировала пыль с помощью рентгеновских аппаратов и отражательных спектрометров, похожих на методы, используемые орбитальными аппаратами, изучающими Марс, когда они вращаются вокруг планеты. Затем ученые сравнили лабораторные данные с данными космических аппаратов.
Валантинас сообщил, что отражательный спектрометр OMEGA аппарата Mars Express показал, что даже в самых пыльных частях Марса имеются свидетельства наличия богатых водой минералов, в то время как данные CaSSIS указывают на присутствие ферригидрита как наилучшего аналога пыли на Марсе, а не гематита, если сравнивать с лабораторными образцами.
По словам Николаса Томаса, профессора Института физики Бернского университета в Швейцарии, который возглавлял группу разработчиков камеры, прибор ведет наблюдение за Марсом с апреля 2018 года, делая цветные снимки марсианской поверхности в высоком разрешении.
«Мы обнаружили, что ферригидрит, смешанный с базальтом, вулканической породой, лучше всего соответствует минералам, обнаруженным космическими аппаратами на Марсе», — сказал Валантинас, который начал свое исследование в Университете Берна с использованием данных Trace Gas Orbiter. «Главный вывод заключается в том, что поскольку ферригидрит мог образоваться только тогда, когда на поверхности все еще присутствовала вода, Марс заржавел раньше, чем мы думали ранее. Более того, ферригидрит остается стабильным в современных условиях на Марсе».
Водянистое прошлое
Валантинас отметил, что тайна красного оттенка Марса сохраняется уже тысячи лет.
По данным Европейского космического агентства, римляне назвали Марс в честь своего бога войны, поскольку его цвет напоминал кровь, а египтяне называли планету «Хер Дешер», что означает «красный».
Валантинас сказал, что открытие того, что оттенок Марса может быть обусловлен содержащим воду ржавым минералом, таким как ферригидрит, в отличие от безводной формы ржавчины гематита, удивило исследователей. Но это дает интригующие подсказки о геологической и климатической истории Марса, сказал он.
«Поскольку эта содержащая воду ржавчина покрывает большую часть поверхности Марса, это говорит о том, что жидкая вода в древнем прошлом Марса могла быть более распространена, чем считалось ранее», — сказал Валантинас. «Это говорит о том, что на Марсе когда-то была среда, в которой присутствовала жидкая вода, что является необходимым условием для жизни. Наше исследование показывает, что образование ферригидрита на Марсе требовало присутствия как кислорода — будь то из атмосферы или других источников — так и воды, способной реагировать с железом».
Исследование не было сосредоточено на определении того, когда именно образовался минерал. Однако, поскольку ферригидрит образуется в холодной воде, возможно, что он был создан около 3 миллиардов лет назад, в отличие от того времени, когда планета была теплее и влажнее миллионы лет назад.
«Это было время интенсивной вулканической активности на Марсе, которая, вероятно, спровоцировала таяние льда и взаимодействие воды и горных пород, что создало благоприятные условия для образования ферригидрита», — сказал Валантинас. «Время совпадает с периодом, когда Марс переходил от своего более раннего, более влажного состояния к своей нынешней пустынной среде».
Вполне возможно, что ферригидрит находится не только в пыли, но и в слоях марсианских пород. И лучшим способом узнать это будет получение реальных образцов пород и пыли с красной планеты. Марсоход Perseverance уже собрал несколько образцов, содержащих и то, и другое, и NASA и ESA надеются использовать сложную серию миссий в рамках программы Mars Sample Return, чтобы вернуть их на Землю к началу 2030-х годов.
«Как только мы доставим эти ценные образцы в лабораторию, мы сможем точно измерить, сколько ферригидрита содержится в пыли, и что это означает для нашего понимания истории воды и возможности существования жизни на Марсе», — сказал в своем заявлении Колин Уилсон, научный сотрудник орбитального аппарата Trace Gas Orbiter и проекта Mars Express Европейского космического агентства.
Между тем, полученные данные ставят перед Валантинасом и его коллегами новые загадки, в том числе определение первоначального источника ферригидрита до того, как он распространился по всему Марсу через пылевые бури, а также точный химический состав атмосферы Марса на момент образования ферригидрита.
По словам Хоргана, понимание того, когда и где образовалась пыль, может помочь ученым получить представление о том, как развивались атмосферы ранних планет земного типа.
«Ферригидрит действительно распространен в почвах на Земле, через которые за короткий промежуток времени проходит много воды, либо из-за таяния снега, либо из-за коротких периодов интенсивных осадков в более теплом климате», — сказал Хорган. «Мы также видели доказательства наличия ферригидрита в озерных отложениях в кратере Гейла (на Марсе) (который исследуется марсоходом Curiosity). Лучший способ по-настоящему решить эту загадку — доставить образец марсианской пыли в наши лаборатории на Земле».
