Moksliniai tyrimai apie Marso senovinį klimatą ir tinkamumą gyvybei

Mokslinis kontekstas: Marso senovinio klimato ir tinkamumo gyventi paieškos

Marso klimato raidos tyrimai užima svarbią vietą siekiant suprasti galimą gyvybę už Žemės ribų ir kitų gyvybei tinkamų pasaulių evoliuciją Saulės sistemoje. Nors Marse yra pėdsakų, liudijančių apie senovines upes, ežerus ar galbūt net jūras, šiandien Raudonoji planeta yra šalta, dykuma tapusi aplinka, praradusi didžiąją dalį atmosferos, o paviršių formuoja stiprūs vėjai ir dulkių audros. Mokslininkai jau seniai diskutuoja, kiek ilgai Marsas galėjo būti pakankamai šiltas ir drėgnas, kad išlaikytų skystą vandenį, bei kaip ilgai truko bet kokios gyvybei tinkamos sąlygos.

Sharp kalnas ir anglies ciklas: įrodymai iš „Curiosity“

NASA marsaeigis „Curiosity“ tapo pagrindiniu šiuolaikinių Marso tyrimų įrankiu. 2011 m. paleista zondas dirba Geilo krteryje, tyrinėdamas Sharp kalno šlaitus—daugiasluoksnes nuosėdines uolienas, iškilusias daugiau nei 5 kilometrus virš kraterio dugno. Tyrinėdamas šias Marso uolienas, „Curiosity“ aptiko karbonatų – mineralų, susidarančių, kai anglies dioksidas (CO₂) reaguoja su vandeniu ir uolienomis, panašiai kaip kalkakmenis Žemėje.

Šis atradimas buvo reikšmingas. Žemėje karbonatinės uolienos per geologinį laiką fiksuoja atmosferos CO₂, taip stabilizuodamos klimatą per globalų anglies ciklą. Karbonatų aptikimas Marse rodo, kad prieš milijardus metų CO₂ galėjo būti surištas planetos uolienose. Tai sumažino šiltnamio efektą ir galbūt lėmė, jog vanduo Marso paviršiuje neilgai išliko stabilus.

Kalgario universiteto dr. Benjamin Tutolo kartu su kolegomis analizavo šiuos duomenis ir padarė išvadą, kad Marse kadaise egzistavo bent jau dalinis anglies ciklas. Tai galėjo sudaryti sąlygas laikinam skysto vandens buvimui. Šios išvados tapo naujos kartos Marso klimato modelių pagrindu.

Pralaužimas modeliuojant Marso klimatą

Remiantis Tutolo atradimais, tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama dr. Edwino Kite‘o, Čikagos universiteto planetų mokslininko ir „Curiosity“ misijos dalyvio, sukūrė pirmąjį išsamų Marso klimato modelį, integruodama naujausius geocheminius duomenis. Ankstesniuose modeliuose arba trūko regioninės informacijos (simuliuodavo visą planetą kaip vieną tašką), arba jie apimdavo tik trumpą laikotarpį dėl skaičiavimo apribojimų.

Kite modelis buvo reikšmingas žingsnis į priekį—jis atkūrė Marso klimato ir paviršiaus kaitą dideliu geografiniu tikslumu per 3,5 milijardo metų, atsižvelgdamas ne tik į atmosferos chemiją ir uolienų duomenis, bet ir į Marso topografiją, orbitos kitimus bei Saulės spinduliuotės pokyčius. Modelis leido pirmą kartą įgyti išsamų ilgalaikį žvilgsnį į Marso virsmą iš primityviai panašaus į Žemę pasaulio į šiandienę šaltą dykumą.

Marso išnykstantys ežerai ir „druskų era“

Pasak Kite vadovaujamos komandos, Marso istorijos pradžioje planeta buvo šiltesnė ir drėgnesnė. Prieš 4 milijardus metų paviršiaus temperatūra galėjo palaikyti didžiules ežerų, upių ir net jūrų sistemas—kai kurios jų buvo panašaus dydžio į Kaspijos jūrą Žemėje. Senoviniai deltų ir nuosėdų pėdsakai liudija apie kadaise vandenį turėjusią aplinką.

Tačiau ši gyvybei palanki epocha truko geologiškai neilgai. CO₂ pamažu buvo surištas uolienose, Saulė švietė vis ryškiau, o Marso atmosfera retėjo. Taip planeta pateko į vadinamąją „druskų erą“, kai ji tapo vis sausesnė. Tuo metu didžiuliai sniego tirpimo įvykiai paliko stambius druskų ir evaporitų plotus, formuodami sedimentines Storys, kurias šiandien tyrinėja „Curiosity“. Cheminiai vandens pėdsakai liko, bet pats skystas vanduo tapo itin retas—jo epizodai buvo trumpi ir lokaliai apriboti.

Laikinos oazės: nestabilios ir netinkamos gyvybei

Maždaug prieš 3,5 milijardo metų Marso klimatas dar labiau suprastėjo. Didelė planetos dalis patyrė ilgalaikes sausras, o paviršiaus sąlygos tapo artimos dabartinėms, žymiai šiltesnės ir sausos. Kite modelis rodo, kad, nors retkarčiais buvo galima rasti tirpstančio sniego suformuotų nedidelių vandens kišenių—tarsi poliarinės dykumos oazių—šios potencialiai tinkamos gyvybei vietos buvo labai mažos ir trumpos, paprastai egzistuodavo tik keletą šimtų tūkstančių metų.

Dr. Kite aiškina: “Ilgi laikotarpiai praeidavo be jokio skysto vandens. Kai pasirodydavo vanduo, jis paprastai buvo lokalių sniego tirpimo įvykių rezultatas, sukuriantis seklus, trumpalaikius ežerus. Šios „oazės“ buvo geologiškai trumpalaikės, o modeliai rodo, kad tokiomis sąlygomis gyvybė negalėjo įsitvirtinti paviršiuje.”

Iššūkiai Marso gyvybei: išlikimas prieš kilmę

Šios neraminančios prognozės stipriai riboja Marso tinkamumo gyventi galimybes ir paieškas biosignatūrų—biologinių veiklų ženklų. „Galite įsivaizduoti, kaip Žemės vandenyno vandens puslitrį įpiltumėte į vieną iš tų trumpalaikių Marso ežerų,“—svarsto Kite. „Kai kurios žemiškos mikrobai galėtų išgyventi tokiomis sąlygomis. Tačiau sunkiau atsakyti, ar gyvybė galėtų išsivystyti ten nuo nulio, arba ar paviršinė gyvybė, išlikusi iki druskų eros, galėtų išgyventi šiuose trumpuose epizoduose.“

Kite komanda padarė išvadą, kad labai trumpi ir ekstremalūs šlapi periodai daugumą paviršinių gyvybės formų tiesiog pašalintų ir neleistų susiformuoti net primityvioms ekosistemoms. Modeliuotos oazės buvo nenaudojamos gyvybei—tai turi reikšmės nustatant vietas, kuriose ateities Marso misijos galėtų ieškoti senovės gyvybės pėdsakų.

Modelio ribotumai: geologinė ir planetos įvairovė

Nors šis išplėtotas Marso klimato modelis yra didelis žingsnis, jis turi tam tikrų apribojimų. Dauguma pagrindinių duomenų gauta iš vienos vietos—Sharp kalno Geilo krateryje, kur veikia „Curiosity“. Kaip pažymi dr. Kite: „Jei Sharp kalnas yra išskirtinai turtingas karbonatais palyginti su kita Marsa, tuomet šis modelis gali neatspindėti visos planetos situacijos.“ Tolimesnės „Curiosity“ misijos ir Marso tyrimai gali suteikti papildomų duomenų, kurie sustiprins arba pakeis dabartines išvadas.

Be to, modelis daugiausiai orientuotas į laikotarpį po druskų eros ir kol kas nepaaiškina, kaip Marsas pradžioje tapo pakankamai šiltas upėms ir jūroms susiformuoti. Kite atviras: „Dar reikia nustatyti kitą šiltnamio dujas ar šildantį agentą, kuris paaiškintų labiausiai palankų gyvybei Marso laikotarpį. Ši sritis lieka atvira tyrimams.“

Ateities perspektyvos: kur galėjo išlikti Marso gyvybė?

Nors paviršiaus tinkamumas gyvybei „druskų eroje“ dabar vertinamas kaip itin mažai tikėtinas, dr. Kite išlieka atsargus optimistas: „Požeminės aplinkos galėjo tapti Marso mikrobų priegloba per ilgas sausrumas, o gyvybė galėjo sugrįžti į paviršių tik retų skysto vandens epizodų metu.“

Gyvybės paieškos Marse greičiausiai priklausys nuo būsimų misijų, kurios tirtų senas uolienas dėl sudėtingų organinių junginių—ant Žemės jie paprastai siejami su biologiniais procesais. Pavyzdžiui, „Curiosity“ neseniai aptiko ilgąsias alkano grandines Marso mėginiuose. Dr. Kite šį atradimą vertina ypač viltingai: „Žemėje tokios molekulės stipriai siejamos su gyvybe. Jei pavyks jas parvežti į Žemę detalesniems tyrimams, tai gali būti aiškiausias atsakymas į klausimą apie Marso gyvybę.“

Išvada

Naujausias Marso klimato modelis, apjungęs daugelio metų naujus „Curiosity“ duomenis ir pažangias geochemijos žinias, atskleidžia niūrią Marso senovės realybę: trumpalaikiai ežerai ir upės ilgainiui užleido vietą šaltai, negyvenamai dykumai—sąlygoms, kurios buvo pernelyg atšiaurios ir nepastovios, kad paviršinė gyvybė galėtų įsitvirtinti. Retkarčiais šį apleistą kraštovaizdį nutraukdavo trumpi tirpstančio vandens epizodai, tačiau šių oazių laikinas pobūdis ir izoliacija buvo didžiulis iššūkis organizmams. Vis dėlto, tyrimams toliau pažengus ir Marso mėginiams galiausiai pasiekus Žemę, gyvybės galimybių paieška išlieka atvira — ypač atsižvelgiant į galimas požemines oazes ar atrastus organinius junginius, kurie galėtų duoti atsakymą į klausimą apie gyvenimą už Žemės ribų.