Марсоход НАСА Curiosity приземлился на Марсе 6 августа 2012 года и с тех пор бродит по кратеру Гейла, собирая образцы и отправляя результаты домой для интерпретации исследователями. Анализ изотопов углерода в образцах донных отложений, взятых из полудюжины открытых мест, включая обнаженную скалу, дает исследователям три правдоподобных объяснения происхождения углерода: космическая пыль, ультрафиолетовое разложение углекислого газа или ультрафиолетовое разложение биологически произведенного метана.

Исследователи отмечают сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences , что «все три из этих сценариев являются нетрадиционными, в отличие от процессов, распространенных на Земле».

У углерода есть два стабильных изотопа, 12 и 13. Глядя на количество каждого из них в веществе, исследователи могут определить особенности углеродного цикла , даже если он произошел очень давно.

«Количества углерода-12 и углерода-13 в нашей Солнечной системе — это количества, существовавшие при формировании Солнечной системы», — сказал Кристофер Х. Хаус, профессор геолого-геофизических исследований из Пенсильванского университета. «Оба существуют во всем, но поскольку углерод 12 реагирует быстрее, чем углерод 13, рассмотрение относительного количества каждого из них в образцах может выявить углеродный цикл».

Curiosity, который возглавляет Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, провел последние девять лет, исследуя область кратера Гейла, где были обнажены слои древней породы. Марсоход пробурил поверхность этих слоев и извлек образцы из погребенных осадочных слоев. Curiosity нагревал образцы в отсутствие кислорода, чтобы отделить химические вещества. Спектрографический анализ части восстановленного углерода, полученного в результате этого пиролиза, показал широкий диапазон количеств углерода 12 и углерода 13 в зависимости от того, где и когда образовался исходный образец. Некоторый углерод был исключительно беден углеродом 13, в то время как другие образцы углерода были обогащены.

«Образцы, крайне обедненные углеродом-13, немного похожи на образцы из Австралии, взятые из отложений возрастом 2,7 миллиарда лет», — сказал Хаус. «Эти образцы были вызваны биологической активностью, когда метан был поглощен древними микробными матами, но мы не можем обязательно сказать, что на Марсе, потому что это планета, которая, возможно, сформировалась из других материалов и процессов, чем Земля».

Чтобы объяснить исключительно истощенные образцы, исследователи предлагают три возможности: облако космической пыли , ультрафиолетовое излучение, разрушающее углекислый газ, или ультрафиолетовое разложение биологически созданного метана.

Согласно Хаусу, каждые пару сотен миллионов лет Солнечная система проходит через галактическое молекулярное облако.

«На нем не так много пыли, — сказал Хаус. «Трудно увидеть какое-либо из этих событий осаждения в земных записях».

Чтобы создать слой, который Curiosity мог бы взять на пробу , облако галактической пыли сначала понизило бы температуру на Марсе, который все еще содержал воду, и образовал ледники. Пыль должна была осесть на льду и затем должна была остаться на месте после таяния ледника, оставив после себя слой грязи, включающий углерод.

До сих пор имеется ограниченное количество свидетельств существования ледников в прошлом в кратере Гейла на Марсе. По мнению исследователей, «это объяснение правдоподобно, но требует дополнительных исследований».

Вторым возможным объяснением более низких количеств углерода 13 является ультрафиолетовое преобразование углекислого газа в органические соединения, такие как формальдегид.

«Есть документы, которые предсказывают, что УФ-излучение может вызвать такой тип фракционирования», — сказал Хаус. «Однако нам нужно больше экспериментальных результатов, показывающих это фракционирование по размеру, чтобы мы могли подтвердить или исключить это объяснение».

Третий возможный способ получения образцов, обедненных углеродом-13, имеет биологическую основу.

На Земле сильно обедненная углеродом-13 сигнатура палеоповерхности указывает на то, что прошлые микробы потребляли метан, произведенный микробами. На древнем Марсе могли быть большие выбросы метана из недр, где производство метана было бы энергетически выгодным. Затем высвобождающийся метан будет либо потребляться поверхностными микробами, либо вступать в реакцию с ультрафиолетовым светом и осаждаться прямо на поверхности.

Однако, по словам исследователей, в настоящее время нет осадочных свидетельств поверхностных микробов на прошлом ландшафте Марса, и поэтому биологическое объяснение, выделенное в статье, основано на ультрафиолетовом свете , который помещает сигнал углерода-13 на землю.

«Все три возможности указывают на необычный углеродный цикл, не похожий ни на что на Земле сегодня», — сказал Хаус. «Но нам нужно больше данных, чтобы выяснить, какое из них является правильным объяснением. Было бы неплохо, если бы марсоход обнаружил большой шлейф метана и измерил бы из него изотопы углерода, но хотя шлейфы метана есть , большинство из них маленькие, и ни один марсоход не взял достаточно большой пробы для измерения изотопов».

Хаус также отмечает, что обнаружение остатков микробных матов или следов ледниковых отложений также может немного прояснить ситуацию.

«Мы осторожны с нашей интерпретацией, которая является лучшим курсом при изучении другого мира», — сказал Хаус.

Curiosity все еще собирает и анализирует образцы и вернется к фронтону, где он нашел некоторые образцы для этого исследования, примерно через месяц.

«Это исследование достигло давней цели исследования Марса», — сказал Хаус. «Для измерения различных изотопов углерода — одного из самых важных инструментов геологии — в отложениях на другом обитаемом мире, и это делается на основе 9 лет исследований».

Также над проектом из Penn State работал Грегори М. Вонг, недавно получивший докторскую степень в области наук о Земле.