Неорганические соединения с хлором помогут искать жизнь за пределами Земли
Физики выяснили, как высокоэнергетическое излучение разрушает перхлораты — вещества на основе хлора, кислорода и водорода, которые в большом количестве есть на поверхности Марса и Европы, спутника Юпитера. Эти вещества могут как разрушать органические соединения, так и быть источником энергии для некоторых микроорганизмов.
Полученные данные помогут анализировать геохимические процессы на Марсе и оценивать условия, при которых может существовать жизнь за пределами Земли. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Icarus.
На Марсе повсеместно распространены соединения хлора, которые остались от древних испарившихся водоёмов и сейчас содержатся в вулканической пыли. Под действием космического излучения из этих соединений образуются соли хлорной кислоты — перхлораты, — которые накапливаются в поверхностных слоях грунта и льда. Перхлораты активно взаимодействуют с органическими молекулами и разрушают их, из-за чего найти последние может быть очень трудно.
В то же время некоторые микроорганизмы на Земле могут использовать перхлораты как источник энергии, поэтому учёные предполагают, что эти вещества могут играть такую же роль в возможных внеземных экосистемах. Однако раньше не было известно, насколько перхлораты устойчивы в космических условиях, например, на поверхности Марса и Европы, и как на их поведение влияет состав окружающей среды. Большинство предыдущих экспериментов проводилось с чистыми веществами, без учёта минеральных и водных компонентов, характерных для других планет.
Исследователи из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург), Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова совместно с коллегами воспроизвели в лаборатории условия, близкие к внеземным. Они изучили несколько типов химических соединений: чистый перхлорат натрия, его водный раствор, сухую смесь с кварцевым песком и смесь песка с раствором соли, которые имитируют марсианский грунт.
Все образцы охладили до температуры около −140 °C и поместили в вакуумную камеру, чтобы смоделировать условия полярных районов Марса. Затем соединения облучили пучком электронов, имитирующим воздействие космической радиации. В конце эксперимента исследователи измерили, сколько перхлората сохранилось в образцах и какие соединения образовались в результате его распада.
Оборудование для облучения образцов электронами
Оказалось, что скорость разрушения перхлоратов сильно зависит от окружающей среды. Быстрее всего на опасные для органических молекул оксиды они распадались в сухих смесях с кварцевым песком. В таких образцах при высоких дозах излучения разрушилось до 30 % вещества. В присутствии воды, напротив, радиационное разложение заметно замедлялось. Это связано с тем, что вода частично поглощает энергию излучения и снижает его воздействие на перхлорат. Поэтому в ледяных и увлажнённых областях, где перхлораты более устойчивы к воздействию излучения, вероятность сохранения биомаркеров выше.
На основе экспериментов авторы рассчитали, как долго перхлораты могут сохраняться на Марсе и Европе. По их оценкам, на глубине около одного метра в марсианском грунте эти соединения могут существовать десятки и сотни миллионов лет. Однако вблизи поверхности они разрушаются за сотни тысяч или миллионы лет. На Европе, где уровень радиации особенно высок, в верхнем слое льда перхлораты могут исчезать всего за несколько десятилетий. Это означает, что химический состав поверхности спутника постоянно обновляется под действием излучения.
Климатическая камера для моделирования условий Марса и Европы при облучении
Таким образом, полученные данные помогут определять наиболее перспективные зоны для поиска следов жизни за пределами Земли.
«Наше исследование вносит вклад в понимание важнейшего фундаментального вопроса — существуют ли следы живого на Марсе. Результаты исследования можно применять для прогнозирования условий на Марсе и, следовательно, оцевать пригодность этих условий для существования жизни. Даже небольшие различия в содержании воды или минералов могут существенно влиять на сохранность органических веществ. В дальнейшем мы планируем изучить воздействие других факторов, в частности, температуры на эффективность радиолиза перхлоратов», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Владимир Чепцов, кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.
В исследовании также принимали участие сотрубники Института космических исследований РАН (Москва) и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.
Источник: пресс-служба Р НФ.
