Жизнь на Марсе: метан хоронит надежды?

Найденный на Марсе метан, который поначалу приняли за проявления жизни, может парадоксальным образом похоронить надежды найти здесь ее следы. Что-то непонятное исключительно быстро разрушает органику, попавшую на поверхность планеты.

Когда пять лет назад удалось найти на Марсе метан, в научной (и не только) среде тут же запахло сенсацией. Во многом за это ответственны сами первооткрыватели. Статья Владимира Краснопольского из Католического университета Америки и его коллег, опубликованная в журнале Icarus, называлась недвусмысленно: «Обнаружение метана в марсианской атмосфере: признаки жизни?».

Собственно, биологическое происхождение метана казалось ученым почти неизбежным: метан разрушается в атмосфере Марса примерно за 300 лет и для поддержания его концентрации на заметном уровне нужен какой-то источник. Астрономы последовательно разобрали все пришедшие им в голову варианты – от вулканизма до падения комет на Красную планету — и отвергли все, кроме одного.

Именно внеземная, марсианская жизнь показалась наиболее правдоподобным кандидатом на роль источника легчайшего углеводорода. Чтобы поддерживать измеренную концентрацию CH4 (десять объемных долей на миллиард, ppbv), требовалось около 20 т бактерий-метаногенов – если, конечно, они похожи на своих земных «коллег» строением и производительностью.

Неизвестно откуда, непонятно куда

В начале 2009 года ситуация резко усложнилась. Сотрудник NASA Майкл Мамма и его коллеги нашли на Марсе конкретные области, над которыми концентрация газа существенно выше средней. Все три источника находились в северном, летнем на тот момент полушарии Марса, а средняя концентрация метана над ними достигала 60 молекул на миллиард.

Тут уже и скептики не выдержали и всерьез задумались о существовании подземных оазисов примитивной жизни. Или о каких-то других источниках газа, вроде реакции превращения оливина в серпентин, которая почему-то идет в совершенно неподходящих для нее условиях. Такой вариант для специалистов предполагал не меньший шок, так как совершенно не вязался с представлениями о геохимии Марса – для реакции серпентинизации требуются огромное количество жидкой воды и высокая температура. Но в данном случае по крайней мере отпадала слишком невероятная, но очень притягательная для простого человека гипотеза жизни на Марсе.

Самих же ученых, которые как огня боятся сенсационных тем, еще сильнее озадачил другой момент. В данных за 2006 год этот метан неведомым образом исчез. Точнее найти его удалось, но в существенно меньшей концентрации, чем предсказывала теория, – 2−3 ppbv против 5−10 частей на миллиард, которые получатся, если размазать выделившийся в 2003 году метан по всей планете и учесть его разрушение солнечными лучами. То есть метан не только появляется неизвестно откуда, но и исчезает непонятно куда.

Взболтать, но не смешивать

За последние полгода ситуация только ухудшилась. В последнем номере Nature опубликована статья Франка Лефевра и Франсуа Форже, в которой описывается современное понимание поведения метана в атмосфере Марса. Точнее полное непонимание того, как объяснить наблюдаемую пространственную неоднородность и временную переменность распределения этого газа.

Ученые применили модель атмосферы Марса, разработанную в парижском университете имени Пьера и Марии Кюри; она очень точно описывает распределение многих других газов над планетой, для которых имеются спутниковые и наземные данные. Расчет Лефевр и Форже производили на сетке из почти 100 тыс. – 64 x 48 x 32 элементов (долгота x широта x высота) с полным учетом электрохимических процессов в атмосфере планеты. Основным глобальным каналом стока метана французы считали прямое разрушение солнечными лучами и реакции с ионами гидроксила и кислорода, которые, впрочем, также возникают в атмосфере под действием солнечного света.

Для расчетов ученые взяли самый неравномерный вариант впрыскивания газа в атмосферу. CH4 появляется лишь в одной ячейке расчетной сетки, расположенной в области Большого Сырта, над которой Мамма как раз и нашел повышенное содержание газа. Более того, Лефевр и Форже приняли гипотезу, что источник газа активен лишь в течение 60 марсианских суток – самого жаркого периода марсианского лета.

Результаты расчетов не показали ничего похожего на наблюдаемое распределение CH4 в атмосфере. Метан должен был очень быстро равномерно растечься над планетой, а его концентрация – стать почти постоянной с точностью до 2−3 ppbv. Более или менее неравномерное распределение обеспечивает лишь выделение и изъятие газа при циклах конденсации и сублимации углекислого газа в районе полярных шапок Марса. Однако степень неоднородности все равно была недостаточной да и избыток должен был быть сосредоточен в районе полюсов, а не Большого Сырта, как показывают наблюдения.

Быстрый, как молния

Отчаявшись получить внятное самосогласованное объяснение, Лефевр и Форже стали искусственно, что называется руками, менять параметры в коде модели для различных компонент атмосферы Марса. В итоге ученые пришли к выводу, что время жизни метана в атмосфере не может превышать 200 суток, а источник его должен быть невероятно мощным – он должен выбросить около 150 кт газа. Это чудовищное значение, оно превосходит общее годовое количество CH4, формирующееся в реакциях оливина с водой вдоль земного Срединно-Атлантического хребта. Притом надо понимать, что на Земле нет проблем ни с водой, ни с высокой температурой да и размер океанического хребта позволил бы ему опоясать Марс целиком.

Все общепринятые модели фотохимии марсианской атмосферы дают метану минимум 250−300 лет жизни. Иначе говоря, должен существовать процесс поглощения или разрушения метана, в 500−600 раз более эффективный, чем предсказывает теория. Одним таким гипотетическим процессом может стать разрушение CH4 электронами, которые разгоняются сильными электрическими полями в атмосфере планеты. По мнению многих специалистов, сильное поле может возникать во время пылевых бурь за счет трения о поверхность планеты крохотных песчинок, которые в итоге все-таки взмывают в небо и оседают в течение долгих месяцев.

Мешает принять теорию то, что те же ускоренные электроны должны разрушать и молекулы воды, и углекислого газа. Между тем, как показали Лефевр и Форже, стандартная модель атмосферы легко объясняет концентрацию всех газов, кроме метана, без привлечения лишней заряженной пыли. А если потребовать, чтобы этот процесс отвечал за разрушение метана, получаются соотношения между CO2, CO, H2O и H2O2, совсем не похожие на наблюдаемые. Да и напряженность электрического поля приближается к пробойной, а в этом случае поверхность Марса должны непрерывно поражать электрические разряды, чего в реальности не наблюдается. В общем, и это объяснение не проходит.

Конец надеждам?

Не исключено, что метан разрушается непосредственно марсианской почвой – например, за счет реакций с перекисью H2O2. Она может эффективно образовываться в тех же пылевых бурях и осыпаться на поверхность планеты. Позднее ветер поднимает крохотные пылинки с частичками H2O2 на высоту в несколько метров над грунтом и метан разрушается на поверхности этих пылинок, полагают французские ученые.

Тем не менее в этом случае характерное время жизни газа в атмосфере, способное объяснить его неравномерное распределение, должно быть еще меньше – не 300 лет и не 200 суток, а порядка одного часа. Если такой вариант реализуется (а хватит ли для этого перекиси, надо еще проверять), он означает, что органика на планете находится в предельно суровых условиях и, выбравшись на поверхность, мгновенно разрушается.

Как заключают авторы статьи в Nature, такие условия практически не оставляют надежд найти на Марсе органические следы былой жизни, если она когда-либо существовала на планете. На то, чтобы найти на поверхности дожившие до наших дней бактерии-метаногены, шансов тоже совсем немного.

Возможно, окончательно поставить точку в давнем споре о существовании жизни на Марсе позволит пилотируемая экспедиция к четвертой планете. На этом пути придется решить множество технологических вопросов, один из них - двигатель для межпланетного корабля. Один из вариантов - это ионный двигатель VASIMR с радиочастотным генератором, способный доставить на Марс за 39 дней.

Артём Тунцов, Infox.ru