В последние годы Марс всё чаще преподносит учёным загадки, связанные с органическими веществами. Небольшие количества углеводородов и других органических молекул уже обнаруживались в марсианских породах, однако долгое время считалось, что их происхождение может быть полностью абиотическим — результатом химических реакций в породах или следствием падения метеоритов. Новое исследование заставляет взглянуть на эти находки под несколько иным углом. Оказалось, что те скромные концентрации органики, которые фиксируют приборы марсохода, могут быть лишь остатками гораздо более богатой органической среды, существовавшей в далёком прошлом планеты.

С 2012 года по поверхности Марса движется марсоход Кьюриосити, работающий в огромном кратере кратер Гейла. Этот кратер диаметром около 150 километров образовался миллиарды лет назад после падения крупного астероида. Позднее в нём сформировался сложный осадочный бассейн, в центре которого возвышается многокилометровая гора гора Шарп. По строению пород учёные пришли к выводу, что в далёком прошлом в кратере существовало озеро. В него стекали ручьи, на дне откладывались тонкие слои ила и глины, постепенно формируя аргиллиты — тонкозернистые осадочные породы. Именно такие породы особенно ценны для поисков древней органики: мелкие частицы способны хорошо сохранять молекулы органических веществ.

В 2013 году «Кьюриосити» пробурил образец аргиллита на участке, получившем название Cumberland. Породу доставили в бортовую лабораторию марсохода — прибор SAM, где она была нагрета и подвергнута анализу. В газах, выделившихся при нагревании, обнаружились следы органических соединений. Среди них оказались длинноцепочечные алканы — простые углеводороды с десятью, одиннадцатью и двенадцатью атомами углерода. Их концентрация составляла всего несколько десятков частей на миллиард. На первый взгляд это совсем немного, однако именно здесь и начинается научная интрига.

Сегодня поверхность Марса подвергается мощному воздействию космической радиации. В отличие от Земли, у планеты практически нет глобального магнитного поля, которое могло бы отклонять потоки заряженных частиц. Атмосфера также крайне разрежена и плохо защищает поверхность от космических лучей. В результате органические молекулы в верхних слоях пород постепенно разрушаются. Высокоэнергетические частицы разбивают химические связи, образуя более простые соединения или полностью уничтожая исходные молекулы. Этот процесс происходит медленно, но непрерывно. За миллионы лет он способен уничтожить значительную часть органического вещества, находящегося близко к поверхности.

Чтобы понять, сколько органики могло находиться в породах первоначально, исследователи использовали результаты лабораторных экспериментов и компьютерные модели радиационного разрушения молекул. Учёные оценили, как быстро космические лучи разрушают углеводороды в марсианских условиях и как глубоко они проникают в породы. Кроме того, учитывалась геологическая история участка: предполагается, что образец Cumberland находился близко к поверхности около 80 миллионов лет. Когда эти факторы были объединены в модели, выяснилось, что современное содержание алканов может представлять собой лишь небольшую долю первоначального количества органики. По расчётам авторов, до начала разрушения радиацией концентрация органических соединений могла достигать от сотен до тысяч частей на миллион. Иными словами, органики могло быть в сотни или даже тысячи раз больше, чем фиксируют приборы марсохода сегодня.

Органические молекулы вовсе не обязательно имеют биологическое происхождение. В Солнечной системе известно множество процессов, способных создавать углеводороды без участия живых организмов. Один из возможных источников — космическая пыль и метеориты. Многие углистые хондриты содержат богатый набор органических соединений, и их постоянное падение на поверхность планет может постепенно обогащать осадочные породы органикой. Однако расчёты показывают, что этого источника недостаточно, чтобы объяснить столь высокие предполагаемые концентрации.

Другой возможный механизм связан с атмосферной химией. На раннем Марсе могли происходить фотохимические реакции, в результате которых образовывалась органическая дымка — нечто подобное наблюдается сегодня в атмосфере спутника Сатурна Титана. Частицы такой дымки постепенно оседают на поверхность и могут накапливаться в осадках. Но и этот процесс, по оценкам исследователей, не способен полностью объяснить обнаруженное количество углеводородов.

Рассматривается также геохимический синтез органики в породах. Некоторые реакции, подобные процесс Фишера — Тропша, способны образовывать углеводороды из простых газов в присутствии минералов-катализаторов. Такие процессы известны в гидротермальных системах Земли. Тем не менее даже они, судя по расчётам, вряд ли могли производить органику в столь значительных количествах.

Если ни один из простых абиотических механизмов не объясняет полученные значения, остаётся ещё одна возможность — органика могла быть связана с древней марсианской биосферой. Разумеется, речь не идёт о доказательстве существования жизни на Марсе. Однако исследование показывает, что химическая среда в кратере Гейла могла быть гораздо богаче органическими соединениями, чем считалось ранее, а значит, потенциально пригодной для биологических процессов.

На Земле длинноцепочечные алканы нередко образуются при разрушении жирных кислот — компонентов клеточных мембран. Со временем биомолекулы преобразуются и упрощаются, но их углеводородные фрагменты могут сохраняться в осадочных породах миллионы лет. Если в древнем озере кратера Гейла существовали микроорганизмы, их остатки теоретически могли дать начало тем молекулам, которые сегодня обнаруживает «Кьюриосити». Однако для подтверждения биологического происхождения органики требуются более убедительные доказательства — например, характерные изотопные соотношения или специфические молекулярные структуры.

Поэтому исследователи рассматривают полученные результаты прежде всего как указание на то, что ранний Марс мог быть химически гораздо более сложной и богатой органикой средой. Это важно само по себе: жизнь не возникает в химической пустоте, ей необходимы разнообразные органические соединения, способные участвовать в сложных реакциях.

В будущем ответ на этот вопрос могут дать новые миссии. Марсоход Персеверанс, работающий в кратере Езеро, уже собирает и герметично запечатывает образцы пород. В рамках программы возврат марсианских образцов их планируется доставить на Землю, где они смогут быть исследованы с помощью лабораторных методов, недоступных автоматическим аппаратам.

Марс остаётся планетой, прошлое которой скрыто в слоях древних осадочных пород. Каждая новая находка — будь то минералы, образующиеся в воде, следы древних озёр или органические молекулы — постепенно восстанавливает картину той эпохи, когда условия на Красной планете были совсем другими. И возможно, в этих слоях, сформировавшихся на дне давно исчезнувшего озера, скрывается ещё не прочитанная глава истории Марса — история его химии, а может быть, и жизни.