Поиск органических веществ на Марсе всегда привлекал внимание ученых и астробиологов, поскольку это один из самых важных ключей к пониманию того, была ли на Красной планете когда-либо форма жизни. Однако происхождение этого вещества, которое неоднократно находили на протяжении многих лет, остается предметом споров.
Недавнее исследование Университета Тохоку дало новую интерпретацию: органические соединения, найденные на Марсе, могут быть результатом химических реакций с участием атмосферного формальдегида. Формальдегид, простое, но высокореакционное органическое соединение, мог играть ключевую роль в производстве сложных органических молекул в отсутствие биологической активности.
Исследователи построили модель эволюции марсианской атмосферы на основе этой гипотезы, которая объединяет фотохимическую модель с климатической моделью для оценки изменений изотопного соотношения углерода формальдегида на Марсе, которые, согласно данным марсохода Curiosity, датируются 3-4 миллиардами лет назад.
Гипотеза: формальдегид и образование органических веществ
В земных условиях формальдегид (CH₂O) является распространенным предшественником в ряде органических реакций, особенно на ранних стадиях синтеза более сложных молекул. По мнению исследовательской группы, формальдегид на Марсе мог образоваться в результате фотолитических процессов, при которых ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляло другие более сложные молекулы в марсианской атмосфере, такие как метан (CH₄).
Впоследствии формальдегид взаимодействовал с частицами пыли, взвешенными в атмосфере, и минералами на марсианской поверхности. Мелкая пыль, которой изобилует атмосфера Марса, в сочетании с сильным солнечным излучением послужила бы катализатором для ряда сложных химических реакций.
В частности, формальдегид может подвергаться процессам полимеризации, в ходе которых простые молекулы соединяются, образуя цепочки более крупных органических соединений, таких как сахара и спирты.
Похоже, модели говорят в пользу этого
Исследователи подтвердили эту гипотезу с помощью вычислительного моделирования, основанного на современных марсианских условиях. Они построили модель атмосферы, чтобы изучить поведение формальдегида в различных условиях температуры, давления и состава атмосферы, характерных для Марса.
Моделирование показало, что даже в такой неблагоприятной среде, как Марс, формальдегид может стабилизироваться достаточно долго, чтобы участвовать в реакциях полимеризации. Эти модели показали, что атмосферная пыль, состоящая в основном из оксидов железа и силикатов, особенно эффективно способствует образованию сложных органических молекул.
Кроме того, исследователи рассмотрели возможное присутствие водяного льда вблизи марсианской поверхности в качестве дополнительного катализатора. Лед может способствовать химической реактивности, выступая в качестве среды, в которой реакции протекают легче, особенно когда фазы сублимации происходят из-за суточных колебаний температуры.
Последствия для жизни на Марсе
Открытие того, что формальдегид мог образовывать органические вещества на Марсе, не обязательно означает существование жизни в прошлом или настоящем. Однако оно указывает на то, что на планете может существовать сложная химия, подобная той, что считается пребиотической на Земле.
На самых ранних этапах истории Земли подобные химические процессы, в ходе которых мелкие органические соединения объединялись в более крупные молекулы, могли создать благоприятную среду для возникновения жизни. На Марсе подобные процессы могли происходить в прошлом, возможно, в более благоприятных условиях, когда планета обладала более плотной атмосферой и жидкой водой на поверхности.
Важность этого открытия также заключается в том, что оно может пересмотреть стратегии исследований для будущих миссий на Марс. Вместо того чтобы сосредоточиться исключительно на признаках биологической жизни, ученые теперь смогут более тщательно изучить химический состав атмосферы и поверхности Марса в поисках других пребиотических молекул или их неорганических предшественников.
Однако, несмотря на многообещающие перспективы, остается много неизвестных. Одна из главных проблем — сохранение органических веществ на поверхности Марса, где ультрафиолетовое излучение, низкое давление и окислительная среда могут быстро разрушить образовавшиеся органические молекулы. Такие миссии, как Perseverance и Curiosity, продолжают собирать данные, которые могут ответить на эти вопросы, но для полного понимания потенциала Марса в плане сложной химии и, возможно, жизни, потребуются дальнейшие исследования.
