Представьте себя стоящим на краю горячего источника. От земли исходят струйки пара, которые волнами перекатываются по кромке воды. В лицо дует лёгкий ветерок - приятный, если бы не ядовитый запах тухлых яиц, смешанный с запахом зажжённой спички. Центр источника закипает, медленно пузырясь; сверху это похоже на глубокую синюю дыру в Земле.
В тёплых водах источника микробы пытаются занять своё место. Некоторые овладели искусством фотосинтеза, превращая солнечный свет в энергию, чтобы выжить. Другие питаются богатым химикатами супом, полученным из источника. Эти микроорганизмы производят каротиноиды - те же химические вещества, которые придают тыквам и моркови их типичные оттенки, поэтому берега источника окрашены яркими оранжевыми и желтыми оттенками.
Это сцена, свидетелями которой могли быть посетители Йеллоустонского национального парка, но это не сцена с Земли. Это Марс миллиарды лет назад.
В ранние годы планеты такие места, как марсианский кратер Гусева, образовавшийся в результате падения гигантского астероида около 4 миллиардов лет назад, вероятно, были домом для горячих источников.
На Земле горячие источники - это оживлённое место. Не только из-за того, что толпы туристов возятся с iPhone, чтобы сделать снимки, но и потому, что в их водах полно бактерий, грибков и вирусов.
Отсюда следует, что в подобных местах на Марсе, где когда-то была вода, жизнь, возможно, нашла способ процветать в иле.
Кратер Гусева сегодня представляет собой углублённую пустыню, вырезанную на поверхности красной планеты. За миллиарды лет атмосфера Марса медленно исчезла. Пейзаж изменился, вода высохла.
Вулканическая активность снова вышла на поверхность в некоторых частях планеты, включая кратер, уничтожив любую жизнь, которая могла там существовать (и это большая вероятность).
Но если в этих водах с умеренным климатом присутствовали микробные сообщества, они всё ещё могут находиться в оставшейся горной породе. Химическая смесь горячего источника, богатая минеральным кремнезёмом, является идеальным материалом для сохранения.
Когда источник высох, кремнезём мог бы поглотить живые микроскопические организмы, замороженные, как Хан Соло, в карбоните, похоронив их под враждебной поверхностью Марса.
Под внешней поверхностью красной планеты может быть огромное кладбище крошечных организмов. Обнаружение мест захоронения долгое время было святым Граалем для астробиологов и главной научной целью программы НАСА по исследованию Марса.
Фото: scitechdaily.com
С 1997 года агентство отправило на поверхность планеты пять марсоходов. Сегодня его самый продвинутый марсоход, Perseverance, катится по основанию высохшего дна озера, известного как Джезеро, сверля горные породы и собирая образцы, которые могут быть отправлены на Землю в 2030-х годах.
Но другое космическое агентство, размером примерно в одну десятую от размера НАСА, в поисках марсианской жизни мыслит нестандартно. В рамках своей миссии по исследованию марсианских спутников Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), в конце этого десятилетия приземлится в мире, который ещё не посещал космический корабль: Фобосе, одного из загадочных спутников Марса.
Учёные из JAXA и другие астрономы предполагают, что на этом любопытном спутнике они могут найти признаки древних микробов, которые были катапультированы с поверхности Марса и запущены в космос. Останки этих ничего не подозревающих космических организмов оставались нетронутыми в течение миллионов лет и вскоре могут быть собраны с поверхности Фобоса и возвращены на Землю.
Астероидное «чихание»
Когда астероид сталкивается с планетой, планета «чихает» пылью и камнями. Чем быстрее астероид врезается в поверхность, тем сильнее будет «чихание». Большая часть частиц упадёт обратно на поверхность, но если удар астероида будет достаточно сильным, ударная волна выбросит пыль и камни в космос.
Некоторые из них могут даже пересечь промежуток между Марсом и Землей, преодолевая десятки или сотни миллионов километров между двумя планетами. Если обломки выдерживают падение через атмосферу Земли, они врезаются в землю как метеорит. Более 300 метеоритов, обнаруженных на Земле, произошли с соседней планеты.
Подобно тому, как человеческое чихание содержит микробы, материал, выброшенный планетой, также может содержать микроскопическую жизнь или её остатки. Если смертельный взрыв астероида не расплавит горную породу и микробы до простых атомов, есть шанс, что они могут отправиться в космос.
К сожалению потенциальных марсианских охотников, микробы не прячутся в том материале, который попадает на Землю. «Марсианские метеориты не имеют никаких признаков марсианской жизни», - говорит Томохиро Усуи, планетолог из JAXA.
Фото: iss.jaxa.jp
Атмосфера в основном заботится об этом и изменяет горную породу, прожигая воздух. Но Марс покрыт шрамами от ударов дрейфующих астероидов, которые врезались в поверхность планеты. Если эти удары попали в нужное место, под правильным углом и в нужное время, есть шанс, что выброшенный материал достиг Фобоса, спутника Марса, имеющего форму картофеля.
У Фобоса самая близкая орбита из всех известных спутников, он вращается вокруг красной планеты на расстоянии всего 6000 километров, что примерно равно расстоянию между Токио и Гонолулу. Для сравнения: Луна Земли находится на расстоянии около 385 000 километров.
Фобос практически обнимает Марс и движется вокруг планеты так быстро, что, если бы вы наблюдали за ним с поверхности, вы бы смогли увидеть, как он поднимается и опускается дважды за каждый марсианский день.
Его близость к красной планете заставила учёных и инженеров JAXA задуматься о возможности обнаружения марсианских микробов на его поверхности. «Если марсианская жизнь когда-то существовала и была широко распространена в других местах на Марсе, вероятность того, что её мертвые останки существуют и на Фобосе, на мой взгляд, относительно высока», - говорит Рюки Хёдо, планетолог из Института космоса и астронавтики JAXA.
Когда Хёдо говорит о «мёртвых останках», он имеет в виду серию биосигнатур, которую команда JAXA назвала «шигай», что означает «стерилизованные и сильно облучённые гены и древние отпечатки».
«Мёртвые останки» - это английский перевод слова «шигай», и этот термин был придуман в статье, опубликованной в августе 2021 года в журнале Science.
Возможно, считает JAXA, что Фобос мог быть кладбищем-спутником, невольно хранящим молекулярные доказательства давно умерших микроорганизмов.
Второй спутник Марса, Деймос, также может содержать части Марса на своей поверхности, но она вращается на гораздо большем расстоянии и составляет примерно половину от размера Фобоса.
Зачем лететь к спутникам, а не к самому Марсу
Проще говоря, так проще. Харуна Сагухара, химик-аналитик из JAXA, объясняет, что молекулярные доказательства, присутствующие на поверхности Фобоса, могут быть чем угодно: от бактерий, запечатанных в горной породе, до химических сигнатур древних микробов - жиров, ДНК и соединений углерода, указывающих на существование жизни.
Хиодо отмечает, что любое столкновение, которое поднимет марсианский грунт, не должно достигать высоких скоростей, для приземления на Фобосе, потому что находится в пределах гравитационной сферы Марса.
«Вот почему потенциальные биосигнатуры могут быть доставлены на Фобос без разрушения в результате удара», - говорит он. Это делает поиск шигая на Фобосе жизнеспособным вариантом. «Я согласен с этим аргументом, - говорит Стивен Рафф, планетарный геолог из Университета штата Аризона и создатель YouTube-канала Mars Guy, - но это будет испытанием».
Колумбия, кремнезём
Чтобы понять, насколько вероятно, что марсианская экспедиция JAXA обнаружит остатки марсианской жизни на Фобосе, важно понять, почему учёные считают, что сам Марс мог быть обитаемым в своём древнем прошлом.
Колумбия-Хиллз - идеальное место для начала. Эти возвышенности, расположенные в центре кратера Гусева, были исследованы в 2005 году марсианской лабораторией на колёсах НАСА Spirit. Рафф и другие учёные предполагают, что «холмы» Колумбии когда-то были домом для древних горячих источников. Spirit был оснащён спектрометром, который может определять химический состав горных пород, и марсоход сделал сотни фотографий местности, известной как «Домашняя плита».
Он показал, что этот район содержит поля опалового кремнезёма, которые на Земле образуются в гидротермальных системах, таких как горячие источники. Узловатые отложения связаны с сохранением микробной жизни в таких местах, как горячий источник Эль-Татио, Чили, который обеспечивает одни из самых схожих с Марсом условий, о которых мы знаем.
«История того, что Spirit нашёл возвышенности как Колумбия-Хиллз на кратере Гусева, весьма провокационна с точки зрения потенциальных доказательств существования жизни миллиарды лет назад», - говорит Рафф, подчеркивая, что то, что нашел Spirit, не является доказательством жизни, а поводом для дальнейшего изучения.
До сих пор ведутся споры о существовании гидротермальной системы на «холмах» Колумбии и о том, что могло вызвать отложения опалового кремнезема. Для подтверждения, по словам Раффа, потребуется миссия по возврату образцов. Без него учёным остаётся копаться в данных, полученных от Spirit и других марсианских роботов, чтобы попытаться разобраться в истории Колумбия-Хиллз.
Тем не менее, есть некоторые маленькие положительные моменты.
Марс не имеет тектоники плит, которая за эры существования изменила поверхность Земли, деформируя скалы и скрывая окаменелости и биосигнатуры древних форм жизни на нашей планете.
«Потенциал сохранения этих отложений горячих источников в очень древних породах на Марсе намного лучше, чем то, что мы видим на Земле», - говорит Тара Джокич, геолог Австралийского музея. Джокич и её коллеги изучили древние горячие источники в Пилбаре, Западная Австралия, и нашли доказательства существования цианобактерий возрастом 3,5 миллиарда лет, типа фотосинтезирующих микробов.
Фото: bbc.com
Если подобная жизнь возникла на Марсе в тот же промежуток времени, что и на Земле, очевидно, что она могла быть заперта в почве Колумбийских холмов. И если бы какая-либо из этих богатых, потенциально пригодных для жизни областей на Марсе подверглась бомбардировке астероидов, возможно, выбросы могли добраться до Фобоса.
Если какое-то агентство и способно это выяснить, так это JAXA.
Двойной удар по поверхности
Получение образцов из небольших космических тел в миллионах километрах от Земли - это специальность JAXA. В 2013 году они запустили космический корабль Hayabusa2 к астероиду Рюгу возрастом 4,6 миллиарда лет.
Древняя порода предоставила JAXA сокровищницу интересных образцов, и Хаябуса2 удалось быстро добыть два образца почвы.
В декабре 2020 года он отправил горные породы на Землю, бросив капсулу с образцом к месту посадки в глубинке Австралии. Это был второй раз, когда JAXA удалось получить образцы с астероида.
Масаки Фудзимото, заместитель директора Института космоса и астронавтики, говорит, что люди, возможно, ожидали, что JAXA сделает что-то похожее на миссию Хаябуса2 - и в определенной степени это так.
Несмотря на заманчивую перспективу, главная цель программы Martian Moons Exploration, или MMX, не в том, чтобы отследить признаки прошлой марсианской жизни.
Скорее, космический корабль построен для сбора образцов с поверхности Луны в попытке развенчать конкурирующие гипотезы происхождения Фобоса.
Учёные предложили две разные теории образования Спутника. Первая утверждает, что Фобос был объектом
пояса астероидов, который был сбит слишком близко к Марсу и был захвачен гравитацией красной планеты. Вторая предполагает, что Фобос был создан после того, как карликовая планета, примерно в 14 раз меньше Плутона, накренилась в сторону Марса, запустив на орбиту горные породы, которые в конечном итоге объединились, чтобы сформировать спутник.
Однако что ждёт MMX, когда он выйдет на орбиту Фобоса, остается неизвестным. Усуи отмечает, что учёные всё ещё не уверены «в условиях на поверхности» и в том, какие горные породы могут находиться на поверхности Фобоса. С такой проблемой сотрудники JAXA столкнулись в Ryugu и решили её.
Для MMX команде пришлось немного адаптировать методы выборки.
MMX будет приземляться на Фобос несколько раз для сбора образцов, как это сделал Хаябуса2. Но из-за неизвестных условий на поверхности он будет оборудован двумя отдельными системами сбора. Одна из них, система отбора керна, пробурит луну и извлечет кусок породы. Если поверхность Фобоса будет более твёрдой, чем ожидалось, система может столкнуться с проблемами при проникновении в породу.
«Это довольно рискованно, если у нас есть только система отбора керна», - говорит Усуи. Вторая система будет выпускать газообразный азот на поверхность, помещая разрыхлённую почву в ёмкость для отбора проб на космическом летающем аппарате.
При условии, что одна из этих систем сможет осуществить межпланетное «ограбление» (а может быть и обе), образцы JAXA с марсианских спутников дополнят работу, уже ведущуюся на красной планете.
Остальные охотники
Не только горячие источники могли быть домом для марсианских микробов.
В разломе шириной 27 км на поверхности Марса с февраля 2021 года ровер НАСА Perseverance катится по древнему кратеру, известному как Джезеро, отбирая образцы горных пород с помощью дрели, прикрепленной к руке робота.
Джезеро когда-то был огромным озером, и учёные считают, что ингредиенты для зарождения жизни тоже могли там присутствовать.
Миссия Perseverance использует более традиционный подход, чем JAXA, чтобы отыскать жизнь на Марсе - путём поиска её на поверхности. Это одно из самых смелых почтовых отправлений в истории.
Фото: popularmechanics.com
В сентябре «Персеверанс» проделал дыру в породе размером с чемодан, известную как «Рошетт», и хранили полученные образцы в титановых трубках внутри. Позже марсоход поместит трубки на поверхность Марса, оставляя извилистый след из блестящего металла на песке красной планеты. Затем, где-то в следующем десятилетии, появится робот-почтальон, который соберёт трубы с поверхности Марса и отправит их обратно на Землю.
Сейчас почтальона не существует. НАСА и Европейское космическое агентство разрабатывают марсианский посадочный модуль и ровер, специально предназначенные для сбора образцов, помещения их в ракету и отправления с Марса на Землю. Такая миссия не вернется на Землю до начала 2030-х годов.
Наряду с НАСА и ЕКА Национальное космическое управление Китая планирует запустить в 2030 году собственную миссию по возвращению образцов с Марса - миссию, поддерживаемую недавним приземлением CNSA на красной планете в мае. Эти миссии важны, потому что Кавакацу, руководитель миссии MMX, формулирует миссию JAXA в контексте агентств-соотечественников с одной небольшой поправкой. В то время как другие смотрят на Марс как на главный источник образцов, у JAXA в приоритете находятся Фобос и Деймос.
«У нашего подхода нет аналогов в мире», - отмечает он, имея в виду космическое трио в целом: «марсианская поверхность».
Рефрейминг также помогает добиться престижной позиции в глазах JAXA.
С запланированной датой возврата образцов на 2029 год, MMX станет первым образцом, возвращаемым с марсианской поверхности.
По оценкам космического агентства, всего 0,1% почвы Фобоса, вероятно, возникло на Марсе, но есть шанс, что MMX сможет вернуть на Землю первые образцы красной планеты. Будет ли он содержать шигай? Ученые-планетологи, не работающие в JAXA, говорят, что это правдоподобно, но они не так уверены, как учёный JAXA Хёдо.
Это будет похоже на поиск «иголки в стоге сена», - говорит Рафф.
Какой бы ничтожной ни была вероятность, химик-аналитик JAXA Сагухара считает целесообразным поиск жизни на Фобосе. «Если есть шанс, мы должны это сделать», - говорит она.
«Если мы найдём шигай на Фобосе, это будет величайшее открытие, которое я могу себе представить», - добавляет Фудзимото.
Через три года после запланированной даты запуска, при условии, что кучу технических работ и разработок оборудования ещё предстоит провести, JAXA идёт на полном ходу.
Фудзимото отмечает, если всё пойдёт по плану, к концу десятилетия огненный шар, содержащий древний материал, может проложить путь по ночному небу Австралии, точно так же, как было с Рюгу в 2020 году.
На этот раз он может нести остатки давно умерших микробов, которые когда-то поселились в далёком древнем горячем источнике.