Марс задал планетологам еще одну загадку – на этот раз связанную с присутствием (или отсутствием?) метана. Большинству из нас известен тот факт, что на Земле значительное количество метана производят микробы, помогающие пищеварению у домашнего скота, – метеоризм коров и овец накачивает этот газ в земную атмосферу. Еще его производят термиты (в процессе пищеварения[33]) и вулканы, а кроме того, он залегает под антарктическими льдами и арктической вечной мерзлотой.
Метан, главный компонент природного газа, – это химическое соединение, состоящее из одного атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода. Метан синтезируется в ходе абиотических реакций, например при восстановлении углекислого газа водородом, вырабатываемым в сложных реакциях воды с минералами, которые называются серпентинизацией. Еще метан вырабатывается при ферментации органической материи микроорганизмами (метаногенными археями), и на Земле этот процесс вносит существенный вклад в глобальное потепление. Метан биологического происхождения высвобождается в больших количествах и при таянии вечной мерзлоты в арктических регионах, и в пищеварительных системах таких жвачных животных, как козы и коровы.
Нам известно, что на Марсе нет ни коров, ни коз, но поскольку метан вырабатывается живыми организмами, его всегда считали (в сочетании с другими газами) потенциальным признаком наличия жизни, и его обнаружение было желанной целью всех, кто искал жизнь на Марсе (а также, как мы узнаем из главы 9, на экзопланетах). Однако всегда следует помнить, что метан вырабатывается и в результате целого ряда небиологических процессов, и такие процессы могут идти и на Марсе. В их число входят реакции между магматическим магнезиально-железистым силикатным минералом оливином, которого на Марсе очень много, и водой и углекислым газом при высоком давлении и высокой температуре, то есть в условиях под поверхностью планеты.
Но здесь начинаются загадки. Начиная с 2003 года несколько приборов обнаружили метан на Марсе, однако другие аппараты, не менее чувствительные, ничего не нашли. Приведем конкретный и весьма интересный пример: марсоход НАСА «Кьюриосити», оснащенный сложным комплексом инструментов под общим названием SAM[34], на своем пути по поверхности кратера Гейла многократно регистрировал метан в марсианской атмосфере. В среднем SAM намерил около 0,4 части на миллиард единиц объема, то есть все равно что четверть чайной ложки сахара, растворенного в олимпийском бассейне. К 7 июня 2018 года SAM отметил даже сезонные колебания уровня метана, а также загадочные пики, почти в 50 раз превышающие среднее значение. Однако одновременно другой инструмент, спроектированный как золотой стандарт в измерениях концентрации метана, – Орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы (TGO), запущенный в марте 2016 года на борту эксперимента Европейского космического агентства «ЭкзоМарс», не нашел никаких следов метана в более высоких слоях марсианской атмосферы. В наблюдениях, проходивших до мая 2019 года, этот аппарат зарегистрировал только нулевые значения (то есть значения не выше своего порога чувствительности, составляющего 0,02 части на миллиард единиц объема). Все стало еще сложнее, когда в 2019 году ученые, анализировавшие данные спектрометра (устройства, которое определяет состав вещества по спектру испускаемого света) на борту спутника «Марс Экспресс», запущенного Европейским космическим агентством в 2003 году, сообщили, что этот прибор зарегистрировал всплеск концентрации метана в марсианской атмосфере над кратером Гейла. Причем эти данные были собраны 16 июня 2013 года, на следующий день после того, как «Кьюриосити» зарегистрировал метановый всплеск на поверхности Марса, in situ[35].
Это была настоящая головоломка, и такое положение дел заставило исследователей предпринять первую попытку разобраться, почему одни приборы дают положительный результат, а другие нет, так как без этого нельзя перейти к более интересному вопросу о том, откуда берется этот метан, – к вопросу, ответ на который потенциально позволит сделать судьбоносные выводы. Крис Уэбстер из Лаборатории реактивного движения в Калифорнии, глава рабочей группы по спектрометрическим исследованиям в лаборатории SAM, не скрывал своего удивления, когда рассказывал об этих противоречивых результатах: «Когда европейская команда объявила, что не нашла никакого метана, я был совершенно огорошен». Тем не менее Уэбстер сразу понял, как следует поступить. Они с коллегами тут же приступили к пересмотру всех наблюдений SAM, чтобы исключить даже тень подозрений, что метан каким-то образом выделял сам марсоход «Кьюриосити». Они изучили корреляции между событиями обнаружения и самыми разными состояниями самого марсохода – куда он направлялся, как поворачивались его колеса, давил ли он камни. И ничего не нашли.
В этот момент канадский планетолог Джон Мурс из Йоркского университета задал неожиданный провокационный вопрос – прямо как из старого еврейского анекдота:
Два соседа поссорились из-за денег. Договориться по-хорошему не удалось, поэтому они приходят к местному раввину. Раввин, выслушав первого спорщика, кивает и говорит:
– Ты прав.
Тогда свою точку зрения излагает второй спорщик. Выслушав его, раввин кивает и говорит:
– Ты тоже прав.
Стоявший рядом помощник раввина приходит в понятное недоумение.
– Ребе, как же может быть, что они оба правы? – спрашивает он.
Раввин задумывается ненадолго и отвечает:
– Ты тоже прав!
Неожиданный вопрос, которым задался Мурс, звучит так: «А вдруг правы оба – и “Кьюриосити”, и Орбитальный аппарат TGO?» Мурс и его коллеги предположили, что обосновать расхождение можно просто разницей во времени суток, когда производились измерения. А конкретно, поскольку спектрометр SAM требовал много энергии, он проводил измерения в основном марсианской ночью, когда другие инструменты на «Кьюриосити» не работали. Оказывается, по ночам марсианская атмосфера обычно спокойна, а это, вероятно, позволяет метану просачиваться из почвы и накапливаться ближе к поверхности, вот почему SAM сумел его зарегистрировать. С другой стороны, Орбитальный аппарат TGO работал днем, когда циркуляция атмосферы растворяла метан в гораздо больших объемах воздуха. Чтобы проверить эту гипотезу, исследовательская группа «Кьюриосити» во главе с Полом Махаффи, научным руководителем SAM, проделала серию экспериментов, в ходе которых ночное измерение проводилось между двумя дневными. Результаты в целом соответствовали предсказанию Мурса и его коллег: дневные измерения не показывали ничего, а ночное давало те же результаты, что и прежние наблюдения «Кьюриосити», и это на первый взгляд подтверждало гипотезу, что концентрация метана под поверхностью кратера Гейла меняется в течение дня. Однако оказалось, что даже такие многообещающие результаты не позволяют закрыть вопрос.
Более подробное моделирование марсианской погоды, которые выполнил Даниэль Вьюдес-Морейрас из Национального института аэрокосмических технологий в Мадриде и его коллеги, показало, что загадка остается без ответа и, вероятно, лишь усложняется. Это моделирование показало, что такую картину – когда «Кьюриосити» регистрирует метан, а Орбитальный аппарат TGO ничего не видит – могут дать лишь очень небольшие метановые выбросы на северо-западном краю кратера Гейла (совсем близко к местоположению марсохода «Кьюриосити») и только из этого района. Но и такое решение само по себе маловероятно и сомнительно. В целом требуется один из двух вариантов: либо существует какой-то мощный неизвестный механизм уничтожения метана в атмосфере, который не позволяет накопить метан в масштабах планеты (поскольку, по оценкам, метан в марсианской атмосфере должен сохраняться в течение трехсот лет), либо выбросы метана происходят на Марсе крайне редко и «Кьюриосити» по невероятному стечению обстоятельств сел рядом с одним из них. Иначе можно было бы ожидать, что Орбитальный аппарат TGO зарегистрирует метан во всей марсианской атмосфере.
Что касается потенциального источника гипотетического метана, несколько исследований показали, что выбросы метана могут давать микроорганизмы, вырабатывающие метан (метаногены), если они формируют биосферу в нескольких километрах под поверхностью Марса, где, не исключено, еще сохранилась жидкая вода. Однако, хотя эти исследования показали, что наблюдаемое количество атмосферного метана соответствует гипотезе о существовании такой биосферы, это нельзя считать доказательством, что на Марсе есть жизнь в той или иной форме.
Еще одно любопытное наблюдение – обнаружение вероятных остатков древней жизни на Марсе в другом кратере. В 2007 году марсоход «Спирит» нашел породы и реголиты (пыль и обломки камней), состоящие из гидратированного диоксида кремния (опаловидный кремнезем), рядом с вулканическим образованием в кратере Гусева. Такие кремнеземные отложения давно интересовали исследователей, занимающихся поисками ископаемой жизни и на Марсе, и на ранней Земле, поскольку эти породы способны сохранять следы жизни. Сравнив эти образцы с породами, найденными в Рузвельт-Хот-Спрингс и Опал-Маунд в штате Юта, а также с породами с гейзерного поля Эль-Татио и из гидротермальной системы Пучулдиза-Туйя в Чили, геолог-планетолог Стивен Рафф из Аризонского государственного университета и его коллеги в 2020 году заключили, что опаловидный кремнезем с Марса – отложения, возникшие в результате гейзерной активности, а морфология его структур очень напоминает микростроматолиты из Эль-Татио, в создании которых участвовали микробы. Это открытие, безусловно, требует обширных дальнейших исследований, однако оно важно само по себе, поскольку, как мы знаем из главы 6, окрестности гейзеров и горячих источников считаются перспективными с точки зрения поисков древней жизни. Например, на Земле опаловидный кремнезем сохранил следы микробной жизни на протяжении всей геологической истории, а окаменелые отложения на гидротермальных полях насчитывают 3,48 миллиарда лет, как, скажем, в формации Дрессер в кратоне Пилбара на западе Австралии.
Вывод гласит – к некоторой нашей досаде – что, несмотря на несколько заманчивых зацепок (пусть спорных и сомнительных), у нас нет убедительных доказательств существования жизни на Марсе. Однако пока что отрицательные результаты поисков жизни на Марсе не означают, что изучение Марса не должно и не будет продолжаться. Отсутствие находок, естественно, не означает, что жизни на Марсе никогда не было. Марсоход «Персеверанс» в конце мая 2022 года дошел до дельты пересохшей реки на западном крае кратера Езеро. К 28 мая «Персеверанс» пробурил круглую выемку диаметром около пяти сантиметров в скальной породе в нижней части дельты, чтобы собрать образцы. В целом «Персеверанс» доставил на Марс 43 пробирки, из которых 38 предназначались для сбора образцов. К концу октября 2023 года марсоход собрал уже 23 пробы пород, реголитов и атмосферы. Дельта в этом кратере образовалась миллиарды лет назад, и давно исчезнувшая река в том месте, где она впадала в кратерное озеро, оставила многослойные отложения. На Земле речные отложения обычно кишат живыми организмами, поэтому исследователи надеются, что и марсианские пробы содержат химические или другие следы древних живых существ. Эти надежды подпитываются и тем, что исследующий почву радар на борту марсохода «Персеверанс» подтвердил, что в кратере Езеро, возникшем когда-то в результате падения метеорита, раньше было озеро и речная дельта. Как говорит Санджив Гупта, планетолог из Имперского колледжа в Лондоне: «Невольно вспоминаешь поэта Уильяма Блейка, который видел “Огромный мир в зерне песка”». НАСА и Европейское космическое агентство планируют переправить пробы «Персеверанс» на Землю для подробного изучения. Это произойдет лишь в 2033 году, и эти пробы будут первыми образцами, доставленными с Марса на Землю. Примечательно, что НАСА уже планирует строительство отдельного корпуса для этих проб: хотя вероятность «Марсианской пандемии» очень мала, нужны помещения, где можно содержать потенциально опасные марсианские патогены, не опасаясь их распространения. При этом помещения должны быть идеально чистыми, чтобы земные вещества не загрязнили пробы с Марса. Понятно, что никто не знает, чего ожидать. Кеннет А. Фарли, геохимик из Калифорнийского технологического института, научный руководитель миссии «Персеверанс», не готов предсказать, что будет обнаружено: «Скажу лишь, что никаких ставок мы делать не собираемся».
Несомненно, миссии к Марсу продолжатся. Когда-нибудь туда полетят и люди. Однако в Солнечной системе есть и другие объекты, достойные нашего внимания.