Od lat poszukiwanie śladów życia na Marsie skupia się wokół poszukiwania wody. Życie w naszym ziemskim rozumieniu nie może bowiem istnieć bez niej. Obecnie Mars jest czerwoną zmarzniętą pustynią. Jednak wielu naukowców uważa, że miliardy lat temu mógł tam panować całkowicie odmienny klimat – ciepły i wilgotny.

Z drugiej strony, 4 miliardy lat temu nasze Słońce było znacznie słabsze niż dziś. Oznacza to, że temperatury na starożytnym Marsie nie przekroczyłyby progu topnienia lodu. Jednak cechy geologiczne Marsa wskazują, że w okresie noachijskim (między 3,7 a 4,1 miliarda lat temu) Czerwona Planeta prawdopodobnie miała pod dostatkiem wody w stanie ciekłym.

Mamy tu do czynienia z tzw. paradoksem słabego Słońca. To niewyjaśniona rozbieżność między obecnością wody w stanie ciekłym (głównie we wczesnej fazie ewolucji Ziemi), a faktem iż w tej fazie rozwoju Układu Słonecznego moc Słońca wynosiła 70% jego współczesnej mocy.

Jak mogło powstać życie na Marsie?

Naukowcy z Rutgers University postanowili przyjrzeć się Marsowi, uwzględniając paradoks słabego Słońca. Zwrócili uwagę, że skaliste planety w Układzie Słonecznym, jak Ziemia, Wenus, Merkury i Mars, zawierają pierwiastki wytwarzające ciepło poprzez rozpad radioaktywny (uran, potas i tor). Ten rodzaj ogrzewania wystarczyłby, aby stopić grube warstwy lodu i doprowadzić do „powstania” wody w stanie ciekłym, nawet przy słabej mocy Słońca.

Na Ziemi ten rodzaj ogrzewania, zwany ciepłem geotermalnym, można zaobserwować w jeziorach subglacjalnych tworzących się w częściach pokrywy lodowej Antarktydy Zachodniej, w kanadyjskiej Arktyce i na Grenlandii. Zjawisko ciepła geotermalnego może również wyjaśniać obecność ciekłej wody na Marsie 4 miliardy lat temu – uznali autorzy badania.

Naukowcy wykorzystali różne zbiory danych, aby przetestować swoją teorię. Dane te obejmowały m.in. grubość pokładów lodu na południowych wyżynach Marsa oraz szacunki dotyczące średniej rocznej temperatury na powierzchni Czerwonej Planety. A także szacowanego przepływu ciepła z wnętrza Marsa na powierzchnię 4 miliardy lat temu. Wykorzystując modelowanie komputerowe naukowcy odkryli, że podpowierzchniowe topnienie pokryw lodowych doprowadziłoby do obfitości wód gruntowych na Marsie.

Marsa mogła ogrzać energia geotermalna

„Nawet jeśli w symulacjach komputerowych gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla i para wodna, są wpompowywane do wczesnej marsjańskiej atmosfery, modele klimatyczne wciąż mają trudności z utrzymaniem długotrwale ciepłego i mokrego Marsa. Ja i moi współpracownicy sugerujemy, że paradoks słabego Słońca można by przynajmniej częściowo uwzględnić, gdyby Mars miał w przeszłości wysokie ciepło geotermalne” – twierdzi główna autorka badań Lujendra Ojha, ze School of Arts and Sciences na Rutgers University-New Brunswick w artykule w czasopiśmie naukowym „Science Advances”.

Naukowcy uznali, że ze względu na niekorzystne warunki na powierzchni, aby zapewnić stabilną obecność wody w stanie ciekłym na Marsie, musiałaby się ona znajdować pod powierzchnią planety. „Niezależnie od faktycznej natury starożytnego marsjańskiego klimatu, obszar podpowierzchniowy byłby najbardziej nadającym się do zamieszkania rejonem Marsa” – napisali autorzy.

Naukowcy zasugerowali, że w miarę jak woda wnikała coraz głębiej, wszelkie istniejące życie mogło podążać za nią – wiele kilometrów w głąb gruntu. „Na takich głębokościach życie mogło być podtrzymywane przez aktywność hydrotermalną (ogrzewanie) i reakcje woda-skała” – powiedział Ojha. Inne badania wskazują, że jakiekolwiek „cegiełki życia” mogą znajdować się dopiero 2 metry pod powierzchnią planety. Powodem jest zabójcze promieniowanie na Marsie.

Podobieństwa między Marsem a Ziemią

Autorzy badania zauważają, że podobne mechanizmy mogły mieć miejsce na Ziemi, w czasach jej wczesnej ewolucji. „Znaczna część biomasy mikrobiologicznej Ziemi znajduje się w jej skorupie, gdzie woda jest łatwo dostępna. Znaczna różnorodność biologiczna występuje w ogromnej objętości podpowierzchniowych środowisk nadających się do zamieszkania, które mogą sięgać na głębokość ponad 5 kilometrów. Dlatego rejony pod powierzchnią mogły być najbardziej żywotnym siedliskiem dla starożytnych prostych form życia na wczesnej Ziemi i prawdopodobnie na Marsie” – sądzą autorzy badania.

Teorię naukowców mogłyby potwierdzić (bądź obalić) badania marsjańskiego gruntu. Wszelkie dowody na potencjalne przeszłe życie na Marsie mogą znajdować się właśnie pod jego powierzchnią, gdzie były chronione przed promieniowaniem.

Czym jest meteoryt „Czarna Piękność”?

Odnaleziony w 2011 r. na Saharze meteoryt marsjański NWA 7034 „Czarna Piękność” nieustannie budzi zainteresowanie naukowców. Składa się głównie z bazaltu, będącego prawdopodobnie wynikiem aktywności wulkanicznej na Marsie. Skład chemiczny meteorytu jest identyczny z wieloma próbkami marsjańskich kamieni badanych przez sondy Mars Exploration Rover i Mars Odyssey Orbiter. Jednak w porównaniu z nimi meteoryt zawiera dziesięć razy więcej cząsteczek wody. To może sugerować, że powstał on w skorupie Marsa w jej obecności.

NWA 7034 został znaleziony w 2011 r. na Saharze. / By NASA - http://www.nasa.gov/images/content/716969main_black_beauty_full.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23571238

Swoją podróż na Ziemię rozpoczął około 5 milionów lat temu, mniej więcej w tym czasie, gdy przyszli ludzie i szympansy oddzielili się od ostatniego wspólnego przodka. To wówczas planetoida musiała uderzyć w powierzchnię Czerwonej Planety i katapultować w kosmos fragment marsjańskiej skały.

Nowe badania marsjańskiego meteorytu

Badacze z Australii poddali analizie 66 pochodzących z meteorytu ziaren cyrkonu. – Mówimy o ziarnach tak drobnych, że dopiero ułożenie kilku z nich obok siebie dawałoby wielkość porównywalną z przekrojem ludzkiego włosa. Pojedyncze ziarno ma od 40 do 50 mikrometrów średnicy – powiedział magazynowi New Scientist dr Aaron Cavosie z Uniwersytetu Curtin w Perth.

Jedno z ziaren wykazywało oznaki charakterystyczne dla uszkodzenia uderzeniowego. – Widzieliśmy małe płaszczyzny lub linie, gdzie ciśnienie uderzeniowe było tak wysokie, że atomy w cyrkonie dosłownie zostały przestawione w innym kierunku – powiedział Cavosie.

To odkrycie może oznaczać, że okres intensywnych uderzeń asteroid, czyli tzw. Wielkiego Bombardowania w wewnętrznym Układzie Słonecznym zakończył się znacznie później niż przypuszczano. Wcześniejsze analizy sugerowały, że na Marsie bombardowania ustały około 4,48 mld lat temu, pozwalając planecie rozwinąć warunki, które mogły być korzystne dla życia około 4,2 mld lat temu.

Odkrycie badaczy z Perth wskazuje, że okres bombardowania mógł faktycznie zakończyć się miliony lat później. A dokładniej 30 milionów lat później. Co ciekawe, w ziarnie cyrkonu dostrzeżono deformacje uderzeniowe, które są niezwykle podobne do tych zauważonych w trzech największych miejscach uderzeń meteorytów na Ziemi. W tym w kraterze Chicxulub pozostawionym przez asteroidę, która zniszczyła dinozaury.

Komentarz polskiej naukowczyni

O komentarz poprosiliśmy dr Natalię Zalewską, geolożkę i planetolożkę z Zespołu Eksploracji Marsa Centrum Badań Kosmicznych PAN.

– Meteoryt marsjański NWA 7034, nazwany „Czarną pięknością”, nie pasował do żadnej grupy marsjańskich meteorytów. Czyli do grupy, jaką reprezentują shergottyty, nakhlity i chassignity – w skrócie SNC. Początkowo klasyfikowany był jako młodszy meteoryt, zbliżony wiekiem do typowych meteorytów marsjańskich SNC, przez co datowano jego wiek na około 2 miliardy lat. Po dłuższej analizie stwierdzono, że jest to brekcja skalna, czyli zlepek różnych skał pochodzących z różnego wieku. Zawiera w sobie fragmenty najstarszych skał sprzed 4 miliardów lat. Brekcja została uformowała około 225 milionów lat temu, a wybita jako meteoryt dopiero 5 milionów lat temu – tłumaczy National-Geographic.pl dr Natalia Zalewska.

Wszystko wskazuje na to, że marsjańska skorupa doświadczała kilku epizodów bombardowań meteorytowych. Poczynając od Wielkiego Bombardowania Meteorytowego mającego miejsce 4,45 mld lat temu, które było najsilniejszym z badanych. Dowodem bombardowań są badania mikrostruktur w niezwykle twardych kryształach cyrkonu meteorytowego. Wiek tych kryształów był analizowany izotopowo i wykazywał bimodalny wiek od 4428 ± 50 do 4311 ± 52 milionów lat (populacja stara) i od 1712 ± 170 do 1345 ± 47 milionów lat (populacja młodsza). Stąd wzmianki o różnym wieku meteorytu.

Kiedy mogło powstać życie na Marsie?

Co więcej, wiek deformacji kryształów świadczy o epizodach bombardowania Marsa i trwającym wulkanizmie. Tego dowodzi również skład mineralogiczny meteorytu, typowy dla skał wulkanicznych. Młodsza generacja cyrkonów wykazuje cechy metamorfizmu, czyli przetapiania skał. Takie wyniki otrzymuje się, badając również skład inkluzji gazów w kryształach meteorytu. A także procesy zmian w kryształach pod wpływem ciśnień i temperatur.

Meteoryt był poddawany badaniom wiele razy. Z analiz izotopów wodoru w kryształach apatytu dowiadujemy się, że jest to meteoryt, który ma największa zawartość wody z dotychczas znanych marsjańskich meteorytów. Większość wody o wartości ~6000 ppm w próbce zbiorczej NWA 7034 może znajdować się w uwodnionych fazach tlenku żelaza i krzemianach warstwowych, przy czym apatyt wnosi maksymalnie 150 ± 50 ppm wody.

Naukowcy wyciągają wnioski, że łagodniejsze epizody bombardowań, utrzymujący się wulkanizm oraz dłuższy czas występowania wody na Marsie niż pierwotnie sądzono mogłyby sprzyjać pojawieniu się życia i utrzymaniu aż do wygaśnięcia wulkanizmu. Ale, z drugiej strony, przedłużony wiek epizodów bombardowań nie sprzyjał rozwojowi życia. Stwierdzono zatem, że około 30 milionów lat później niż obliczano nastąpiło złagodzenie zderzeń z Marsem i w związku z tym dopiero wtedy życie mogłoby rozkwitnąć, czego dowodów na razie nieustannie szukamy.

Źródła: Science Adavances [1] i [2], Science, Science Direct.