Содержание
Марсоход Curiosity с помощью изотопного анализа измеряет общее количество органического углерода на Марсе
Данные, собранные марсоходом НАСА Curiosity, позволили точно измерить количество органического углерода в марсианском грунте. Это ключевой ингредиент для образования молекул жизни.
Curiosity приземлился на Марс 2 августа 2012 года после запуска с мыса Канаверал в ноябре 2011 года. С тех пор он исследует область кратера Гейла. Здесь он собрал несколько образцов грунта для исследования с помощью бортового прибора SAM (Sample Analysis at Mars), основная роль которого заключается в определении наличия органических соединений в анализируемом образце.
Эксперимент, начавшийся в 2014 году, потребовал нескольких лет анализа, чтобы понять полученные данные и соотнести их с другими открытиями, сделанными на кратере. Результат позволил измерить чрезвычайно важный показатель для понимания того, сколько материала доступно в марсианском грунте для пребиотической химии и биологии.
Это общий органический углерод (по-английски TOC = Total Organic Carbon), который является мерой количества углерода, связанного с органическим соединением.
В списке ингредиентов, необходимых для построения жизни, мы находим органический углерод. В частности, он представляет собой атом углерода, соединенный с атомом водорода, и составляет основу органических молекул. Однако этот тип соединения не всегда является синонимом жизни. Фактически, он может происходить из определенных природных источников, таких как вулканы или метеориты, или в результате реакций на поверхности планеты.
Благодаря Curiosity было обнаружено от 200 до 273 частей на миллион этого компонента. Это количество сравнимо с тем, которое было обнаружено в среде, не очень благоприятной для жизни на Земле, например, в пустыне Атакама. Поскольку существуют доказательства того, что на Марсе миллиарды лет назад был климат, похожий на земной, исследователи считают, что если жизнь существовала, то органический углерод был одним из ключевых ингредиентов для ее развития.
Марсоход НАСА собрал образцы, использованные для анализа, из илистых пород возрастом 3,5 миллиарда лет в заливе Йеллоунайф, месте древнего озера на кратере Гейл. Кратерная грязь, в результате физической и химической эрозии вулканических пород, осела на дно озера, характерного для этого региона древней красной планеты. Вместе с ним он принес бы и органический углерод, который был заперт в илистой породе.
Для проведения измерений, необходимых для определения количества органического углерода в заливе, Curiosity использовал SAM. Это лаборатория на борту марсохода, способная анализировать химические компоненты образцов грунта, собранных на Марсе.
Нагревая материал и заставляя его реагировать с кислородом, органический углерод превращается в углекислый газ (CO2), количество которого затем измеряется. При воздействии на образец все более высоких температур органический углерод, содержащийся в образце породы, высвобождается.
Еще одна информация, которую исследователи могут получить с помощью SAM-анализа, — это соотношение изотопов углерода.
Изотоп относится к атому с другим числом нейтронов, чем у исходного атома. Эта разница в количестве нейтронов приводит к разной атомной массе элемента. Среди изотопов углерода есть С-12 и С-13. Первый имеет шесть нейтронов, а второй — семь. Измерение изотопных соотношений важно для понимания источника углерода: богатое присутствие углерода-12 ассоциируется с жизнью.
Дженнифер Стерн, ведущий автор статьи, недавно опубликованной в PNAS, объясняет результат этого измерения следующим образом:
«Хотя биология не может быть полностью исключена, изотопы также не могут быть использованы для подтверждения биологического происхождения этого углерода. Этот интервал перекрывается с магматическим (вулканическим) углеродом и метеоритным органическим материалом, которые, скорее всего, являются источниками этого органического углерода.»
Среди органических молекул, которые представляют собой потенциальный след жизни, есть аминокислоты. Они используются для построения белков, которые необходимы для жизни, как мы ее знаем.
Хотя они тоже могут быть созданы небиологическими процессами, их обнаружение на Марсе было бы потенциальным признаком жизни на древней красной планете.
Однако на сегодняшний день не обнаружено никаких следов этих молекул, так как действие космических лучей на поверхность Марса быстро их разрушает. Это занимает около 20 миллионов лет, короткий промежуток времени, если вы ищете следы жизни, связанной с той землеподобной марсианской планетой, которая существовала миллиарды лет назад.
Предложение для будущих миссий, ограниченных неглубоким отбором проб, состоит в том, чтобы искать недавно обнажившиеся обнажения, т.е. возрастом менее 10 миллионов лет. Здесь действие высокоэнергетического солнечного излучения еще не полностью разрушило бы аминокислоты, если бы таковые имелись.
Марсоход «Кьюриосити» — пять лет на Марсе
Имя ему выбрали американские школьники: в 2009 году они предложили множество имен, среди которых были Adventure («Приключение»), Journey («Путешествие»), Pursuit («Стремление») и Wonder («Чудо»).
Но победило Curiosity — «Любопытство».
По сравнению с предшественниками, «Спиритом» и «Оппортьюнити», «Кьюриосити» в несколько раз больше и массивнее, и оснащен куда лучше: это настоящая химическая лаборатория на колесах. Исследовательские инструменты установлены на платформе, на мачте и на «руке» — трехсуставном манипуляторе с буром и устройством для забора образцов грунта. В оснащении «Кьюриосити» научной аппаратурой поучаствовал и «Роскосмос», предоставив прибор для обнаружения водорода, входящего в состав водяного льда вблизи поверхности Марса, на глубине 50—70 см.
Источник питания марсохода — радиоизотопный, каким успешно пользовались спускаемые аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» — первые аппараты, работавшие на марсианской поверхности. 4,8 кг диоксида плутония-238 в виде 32 гранул могут бесперебойно кормить марсоход электричеством в течение как минимум 14 лет без серьезного снижения энергоотдачи.
Аппаратура, установленная на борту «Кьюриосити», соответствует целям миссии.
Это и поиски следов жизни, и поиски соединений, необходимых (с точки зрения землян) для ее возникновения, в первую очередь воды. Также марсоход должен изучить геологическую и климатическую историю Марса, из-за чего и было выбрано место его посадки — кратер Гейла с горой Шарп посредине. В его огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую эволюцию поверхности планеты.
«Кьюриосити» отправился к Марсу в ноябре 2011 года. Пробыв в полете 264 земных суток, он благополучно совершил посадку: сначала спускаясь на парашюте, затем — резко затормозив реактивными двигателями, а в самом конце — с помощью «небесного крана», когда марсоход, освобожденный от капсулы, опускался на тросах, держащихся на «опоре» из четырех реактивных двигателей. Посадка была произведена точно в выбранном месте у подножия горы Шарпа, которое впоследствии назвали «Место посадки Бредбери» (Bradbury Landing) — в честь автора «Марсианских хроник».
После проверки работы всех систем и замены программного обеспечения с «посадочной» версии на «марсианскую» «Кьюриосити» начал свою многолетнюю одиссею.
Фото: NASA / JPL-Caltech / MSSS
Первым объектом изучения стал камень N165, который удостоился собственного имени — «Коронация». Марсоход облучал поверхность камня лазером и исследовал спектр выбитой с его поверхности светящейся ионизированной плазмы. Закончив с этим, он направился дальше, все еще тестируя свои системы, и 20 сентября приступил к исследованию куска породы размером 25 сантиметров в высоту и 45 сантиметров в ширину, который был назван «Джейк Матиевич» — в память о сотруднике НАСА, который работал над миссиями марсоходов и скончался вскоре после посадки «Кьюриосити», 20 августа 2012 года.
На следующий год «Кьюриосити» отправился к подножию горы Шарпа. Он скорее огибал гору, чем двигался непосредственно в ее направлении: во-первых, надо было обойти многочисленные песчаные дюны, чтобы не увязнуть там навсегда, как это случилось с ровером «Спирит». А во-вторых, слишком много на его пути встречалось интересного, чтобы не обратить на это внимания.
В декабре 2013 года журнал Science сообщил об обнаружении на Марсе следов древнего озера.
Анализ осадочных пород в этом месте показал, что озеро это существовало 3,6 миллиарда лет назад и предположительно было пресноводным. В дальнейшем марсоход часто натыкался на следы озер и ручьев, были даже обнаружены следы сравнительно недавнего выхода воды на поверхность. Правда, ни тогда, ни позже «Кьюриосити» не обнаружил следов существования каких-либо марсианских микроорганизмов, так что и по сегодняшний день можно говорить лишь о том, что на Марсе были все условия для зарождения жизни, но вот зародилась она там или нет, по сей день остается большим вопросом.
Любопытство, как известно, сгубило кошку, но марсоходу подарило почти три жизни: расчетный период работоспособности «Кьюриосити» оценивался в один марсианский год, равный 686 земным суткам, так что до полноценных трех жизней ему остается протянуть еще 232 дня.
Фото: NASA / JPL-Caltech / MSSS
Прожив почти в три раза больше отмеченного ему срока, марсоход не превысил заложенной в его программу дальности своего путешествия.
Предполагалось, что за марсианский год он покроет расстояние в 15—20 км, но оказалось, что спустя даже пять земных лет он прошел чуть больше 17 км. Виной всему этому были не ошибки или неполадки в его системах, а обыкновенное любопытство — он часто останавливался или даже возвращался назад.
Время на Марсе не прошло для «Кьюриосити» без последствий: с самого первого года его преследовали разного рода поломки, которые, к счастью, пока не отразились летально на его работоспособности. Но марсоход не только портится, но и развивается. Например, в 2015 году инженеры НАСА оснастили его неким подобием искусственного разума. Они загрузили в компьютер «Кьюриосити» прошивку, которая сделала его более самостоятельным в те моменты, когда его связь с Землей нарушается. С помощью AEGIS (Autonomous Exploration for Gathering Increased Science) марсоход может самостоятельно выбирать камни для проведения исследований. При этом камеры марсохода будут сканировать окружение, подбирать подходящие для анализа горные породы, чтобы затем испарять их лазером, а затем исследовать выделившийся при испарении газ.
В настоящее время марсоход занят исследованием находящейся у подножия горы Шарпа гряды Веры Рубин, состоящей из нескольких возвышенностей различной высоты. Он изучает состав пород этой гряды, куда в частности входит и гематит — порода, состоящая из окислов трехвалентного железа. На Земле этот минерал образуется только в водной среде, поэтому присутствие его на Марсе подтверждает версию о том, что там когда-то был по меньшей мере один океан.
Lenta.ru
Марсоход NASA
Космическая непилотируемая миссия NASA по доставке планетохода третьего поколения Curiosity на Марс. Ракета с марсоходом и спускаемым модулем стартовала в ноябре 2011 года, 6 августа 2012 года планетоход был успешно доставлен на Марс, а 22 августа совершил первую поездку по поверхности планеты.
Mars Science Laboratory (Марсианская научная лаборатория, MSL) — миссия NASA по исследованию Марса, в рамках которой планируется доставить марсоход третьего поколения, название которого, Curiosity («Любопытство» или «Любознательность»), было выбрано в 2009 году.
На счету NASA к 2012 году было уже три успешные миссии по доставке планетоходов на «Красную планету»: в 1997 году на Марс был доставлен марсоход Sojourner, а в 2004 году — два одинаковых марсохода Opportunity и Spirit (программа Mars Exploration Rover) [4], [19], [9], [7], [14], [8].
В отличие от программы Mars Exploration Rover, одной из главной целей которой был поиск воды на соседней с Землей планете, Curiosity должен был вести поиск следов жизни, собирать сведения для подготовки к высадке человека на Марсе, а также изучать климат и геологию планеты [4], [8], [18]. Основная миссия аппарата, согласно плану, должна была продлиться 1 марсианский год или около 2 земных лет [4], [18].
Проектирование марсохода Curiosity началось в 2004 году и продолжалось около пяти лет [4], [15]. Новый марсоход весил гораздо больше своих предшественников: 900 килограмм против 185-килограммовых Spirit и Opportunity и десятикилограммового Sojourner. Вес научного оборудования при этом составлял 80 килограмм [19], [7], [9], [4], [6].
Длина марсохода была около 3 метров, а диаметр каждого из шести колес — 510 милиметров, по массо-размерным характеристикам Curiosity приблизительно соответствовал советскому «Луноходу-2» [6], [4], [8], [18]. Характеристики марсохода должны были позволить ему проехать минимум 5-20 километров по поверхности планеты [18], [6].
Еще одним важным отличием Curiosity была энергетическая система: в отличие от предыдущих миссий, марсоходы которых получали электричество от солнечных батарей, для Curiosity был выбран радиоизотопный термоэлектрический генератор, который должен был обеспечивать мощность электроэнергии в 125 ватт от распада изотопа плутония-238 (на борту марсохода его диоксида было 4,5 килограмма, топливо было куплено в России, причем сумма сделки была засекречена) [8], [4], [11], [10], [6]. Даже в случае истощения запасов топлива выдаваемая мощность через 14 лет должна была сократиться только до 100 ватт [6], [16].
Большая масса марсохода позволила разместить в нем в 15 раз больше научного оборудования, чем на Spirit и Opportunity: 3 основные камеры и 2 вспомогательные, систему анализа образцов Sample analysis at Mars (SAM), позволяющую изучать состав образцов породы путем расщепления (его называли главным инструментом марсохода), различные инструменты для измерения уровня радиации.
Один из инструментов марсохода, нейтронный детектор, способный искать воду под грунтом, был предоставлен Роскосмосом [5], [8], [9], [4], [6]. Также на Curiosity был установлен манипулятор-рука длиной 1,8 метра, который мог собирать образцы грунта для их анализа в камере SAM [6], [4]. Кроме этого, марсоход был оснащен инструментом «ChemCam» (Chemistry-and-Camera), в который входил лазер, который мог испарять породу с целью изучения ее химического состава [2].
Разработчиком MSL выступила Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института (Jet Propulsion Laboratory of California Institute of Technology, JPL), это же учреждение контролировало ход миссии [9], [4].
Если еще в 2006 году стоимость проекта Mars Science Laboratory оценивалась в 1,6 миллиарда долларов, то к моменту запуска она возросла до 2,4-2,5 миллиарда долларов [8], [4], [13].
Первоначально запуск космического аппарата был запланирован на 2009 год, однако запущен он был лишь 26 ноября 2011 года с космодрома на мысе Канаверал при помощи ракеты-носителя Atlas V [4], [9].
Посадка на Марсе была запланирована на 6 августа 2012 года в районе кратера Гейла, одного из самых глубоких кратеров на планете, где, по мнению организаторов миссии, можно было лучше всего изучить глубинные слои марсианского грунта и восстановить геологическую историю планеты [12], [4], [17], [6]. Предыдущие марсоходы после вхождения в атмосферу спускались на поверхность Марса на сверхзвуковом парашюте, замедлялись при помощи ракетных двигателей, а затем совершали амортизированную посадку на воздушные баллоны. Большой вес Curiosity не позволял поступать аналогичным образом, поэтому для его посадки после была разработана система «Небесный кран» (Sky crane) — с ее помощью спусковой модуль должен был полностью затормозить на высоте около 7,5 метров над поверхностью, а затем опустить марсоход на тросах. После того как датчики марсохода подтвердит, что находится на твердой поверхности, тросы должны отцепиться, а спускаемый модуль — отлететь в сторону, чтобы не повредить марсоход [8] Новая система мягкой посадки может обеспечить гораздо большую точность доставки (до 20 км), нежели предыдущие способы (до 100 км) [6], [4], [9].
6 августа 2012 года Curiosity совершил успешную посадку на Марсе и через несколько минут передал первые снимки. Отмечалось, что первые передвижения по планете марсоход совершит в начале сентября 2012 года, до этого момента NASA будет проводить проверку его оборудования [3]. Однако уже 22 августа аппарат проехал 6 метров по марсианской поверхности и развернулся на 90 градусов. В NASA было решено назвать место посадки Curiosity Bradbury Landing — в честь писателя-фантаста Рэя Брэдбери [1].
Использованные материалы
[1] NASA Mars Rover Begins Driving At Bradbury Landing. — NASA (официальный сайт), 22.08.2012
[2] NASA’s science rover Curiosity zaps first Martian rock. — Reuters, 19.08.2012
[3] Kenneth Chang. Curiosity Rover Lands Safely on Mars. — The New York Times, 06.08.2012
[4] Mars Science Laboratory. — Aerospaceguide.net, 02.06.2012
[5] Российский нейтронный детектор ДАН на борту марсохода Curiosity провел первое включение.
— Федеральное космическое агентство, 20.03.2012
[6] Facts. Mars Science Laboratory. — NASA, 06.03.2012
[7] Ken Kremer. 3 Generations of NASA’s Mars Rovers. — The Universe Today, 22.01.2012
[8] Юрий Караш. «Любознательность» до Марса доведет. — Голос Америки, 27.11.2011
[9] Deborah Byrd, Laura Dattaro. After successful launch, new 8-month mission to Mars underway. — EarthSky, 26.11.2011
[10] Jim Waymer. Mars Curiosity has a full tank of a rare fuel. — The Florida Today, 21.11.2011
[11] Stephern Clark. Nuclear power generator hooked up to Mars rover. — Spaceflight Now, 17.11.2011
[12] Jonathan Amos. Mars rover aims for deep crater. — BBC News, 22.07.2011
[13] Dan Leone. Mars Science Lab Needs $44M More To Fly, NASA Audit Finds. — The Space News, 08.06.2011
[14] NASA Selects Student’s Entry as New Mars Rover Name. — NASA, 27.
05.2009
[15] Richard Cook. MSL Technical and Replan Status, 10.01.2009
[16] Ajay K. Misra. Overview of NASA Program on Development of Radioisotope Power Systems with High Specific Power. — American Institute of Aeronautics and Astronautics, 21.08.2006
[17] Mars Science Laboratory. Curiosity’s Landing Site: Gale Crater. — Jet Propulsion Laboratory, NASA. — Версия от 30.07.2012
[18] Mars Science Laboratory. Mission Overview. — Jet Propulsion Laboratory, NASA. — Версия от 30.07.2012
[19] 1997: Mars buggy starts exploring Red Planet. — BBC News, On this day. — Версия от 30.07.2012
Curiosity Rover от НАСА: 3000 дней на Mars
Опубликовано
Связанные темы
- NASA Perseverance Mars Rover
Агентство USA Agge Aggine (NASA).
последний марсоход Perseverance на Марсе. Но мы не должны забывать, что существующий робот Curiosity все еще там и хорошо работает после приземления в экваториальном кратере Гейла в 2012 году. Во вторник Curiosity отмечает 3000 марсианских дней, или солей, на поверхности Красной планеты. 9Научная группа миссии 0020 собрала серию фотографий, на которых запечатлены некоторые из основных достижений марсохода.
Источник изображения, НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/МССС
Когда мы получили эти изображения в июне 2018 года, это стало большим облегчением для команды, несмотря на то, что это было довольно пыльное время на Марсе. Это потому, что это ознаменовало возобновление буровых работ марсоходом. «Дулут» был первым успешно пробуренным образцом горной породы (скважина на изображении в центре изображения) с октября 2016 года. Бур отключили из-за механической неисправности. К июню 2018 года инженеры Лаборатории реактивного движения спланировали и испытали новую технику, которая позволила нам вернуться к решающему бурению, без которого наша работа сдерживалась.
- Старт миссии НАСА по обнаружению жизни на Марсе
- Китайский марсоход улетает с Земли
- ОАЭ запускают первую историческую миссию на Марс
Это видео нельзя воспроизвести
чтобы включить JavaScript в вашем браузере.
Заголовок в СМИ,
Как выглядит затмение на Марсе?
Дважды в марсианский год, около точек сезонного равноденствия, траектории марсианских спутников Фобоса и Деймоса пересекаются перед Солнцем, как это видит Curiosity. Эта анимация показывает Фобос диаметром 22 км, проходящий через Солнце в 2359 сол.. Транзит длился около 35 секунд. Точное время транзитов, измеренное в подобных наблюдениях, помогает ученым понять приливные взаимодействия между Фобосом и Марсом.
Это видео невозможно воспроизвести
Чтобы воспроизвести это видео, вам необходимо включить JavaScript в вашем браузере.
Заголовок в СМИ,
Серебристые облака мерцают высоко в марсианском небе
Крошечное количество водяного пара в разреженной атмосфере Марса может образовывать облака, особенно в более прохладное время года и вокруг высоких пиков. В ходе своей миссии Curiosity много раз наблюдал тонкие облака над головой. Но в 2410 сол он смог наблюдать особый вид облаков, которые формируются на очень больших высотах, в данном случае около 31 км над поверхностью. Эти облака называются серебристыми, потому что они остаются освещенными солнцем даже после заката на поверхности.
Источник изображения, НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/МССС
Подпись к изображению,
Построение необычного вида другого мира, пиксель за пикселем
Эта потрясающая панорама является панорамой поверхности Марса с самым высоким разрешением (1,8 миллиарда пикселей). и был сделан в конце 2019 года в Глен Торридон. Поскольку для подготовки таких панорам требуется много фотографий (в этой мозаике более 1000 телефотоснимков) в течение многих дней работы, у нас не часто есть возможность их изготовить. Мы изучали богатые глиной породы в Глен-Торридон и назвали их в честь важного района древних отложений в Шотландии.
Источник изображения, NASA/JPL-Caltech/MSSS
Подпись к изображению,
Робот-геолог занимается астрономией
2784 сол Curiosity сделал паузу, чтобы сделать семейный портрет Земли и ее планетарных соседей. На переднем плане изображена скала на Марсе; в то время как в небе можно увидеть и Венеру, и Землю, которые выглядят как звезды на пыльном вечернем небе.
Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/MSSS0005
Летом 2020 года научная группа Curiosity начала направлять марсоход к новому и более высокому региону на горе Шарп, где он будет исследовать породы, богатые сульфатными минералами. Поскольку гора Шарп образовалась в результате отложения слоев отложений водой и ветром, скалы становятся моложе с высотой. Сульфатные минералы в этом регионе могли образоваться из-за того, что Марс перешел от более влажных условий, подходящих для образования глинистых минералов, к более сухим условиям, которые могли оставить после себя такие соли, как сульфаты.
Источник изображения, NASA/JPL-Caltech/MSSS
Подпись к изображению,
Как и многие грандиозные перспективы, этот вид фронтона Гринхью состоит из нескольких отдельных изображений он поднимался по песчаному склону под фронтоном Гринхью, широкой плоской поверхности, покрытой слоем песчаника. Марсоход сделал эти снимки 2729 сола, когда он осматривал слоистые песчаники и возвращался к области Глен-Торридон внизу.
Подпись к изображению,
Спуститесь под поверхность, и Красная планета будет всех цветов
Мы все знаем Марс как Красную планету, мы видим это в ночном небе. Однако, как показывает наша галерея хвостов бурения, если мы пробурим скважину на небольшую глубину, Марс может сильно измениться. Мы успешно бурили уже 29 раз, и отложения демонстрируют диапазон оттенков от охристо-красного до сине-серого, отражая минералы и флюиды, которые прошли через древние породы. Бурение позволяет нам пройти через самую верхнюю окисленную поверхность, наиболее подверженную космическому излучению.
Источник изображения, NASA/JPL-Caltech/HiRISE/Univ. из Аризоны
Image caption,
Марсианский разведывательный орбитальный аппарат смотрит на Curiosity с высоты 266 км
Curiosity в одиночестве в Глазго. Здесь мы сфотографировали марсоход Curiosity камерой HiRISE на Марсианском разведывательном орбитальном аппарате. Размер каждого пикселя составляет около 25 см, поэтому мы можем довольно хорошо выделить марсоход в центре поля зрения. Мы только что завершили учения в месте, которое назвали Глазго. Из-за блокировки еще большая часть операций с марсоходом выполнялась персоналом, работающим из дома. Но после восьми земных лет, более трех марсианских лет и 29просверлил отверстия — все работает.
Изображение HiRISE охватывает область, называемую фронтоном Гринхью, часть нижних склонов горы Шарп, которую мы будем медленно поднимать в течение следующих трех лет расширенной миссии. Именно в этой следующей части миссии мы ожидаем найти древнюю среду, отличную от предыдущих частей миссии, с большим количеством сульфатных минералов.
Это видео невозможно воспроизвести
Чтобы воспроизвести это видео, вам необходимо включить JavaScript в вашем браузере.
Заголовок в СМИ,
Поднимаем «пыльного дьявола» на Марсе
При отсутствии дождей в нынешнем климате на поверхности Марса скапливается пыль. Ветры, возбуждаемые солнечным нагревом земли, могут образовывать большие и хорошо сформированные вихри, известные как вихри. В основном они невидимы, но когда сильный вихрь дрейфует над пыльной поверхностью, пыль поднимается в нее и обнаруживает свою форму. Эта анимация была снята в течение четырех минут 2847-го сола и запечатлела вихрь «пылевого дьявола» на расстоянии от половины до одного километра от марсохода. Пылевой вихрь имеет ширину около 5 м и высоту не менее 50 м.
Источник изображения, NASA/JPL-Caltech/MSSS
Подпись к изображению,
В память о палеонтологе XIX века Мэри Эннинг перед ним. Первые две дыры были названы в честь Мэри Эннинг, палеонтолога 19-го века, чьи открытия в приморских скалах на юго-западе Англии способствовали пониманию доисторической морской жизни на Земле. Материал из этих скважин использовался для двух экспериментов по «влажной химии», в которых он смешивался с жидкими химикатами для извлечения органических молекул, которые могут сохраняться в породе. Скалы на этом участке образовались из наносов, принесенных древними ручьями и озерами. Влажная среда и присутствие органических молекул в нескольких породах, изученных Curiosity, позволяют предположить, что древний Марс был пригоден для жизни и был способен поддерживать жизнь, если она когда-либо закрепится. Третье отверстие было просверлено для изучения темных конкреций, видимых в углу плиты.
Марсианский день, или Сол, длится 24 часа 39 минут. 12 января отмечается 3000-й сол миссии Curiosity. Робот приземлился на планете 6 августа 2012 года.
- Curiosity Rover
- MARS
- NASA
- ГЕОЛОГИЯ
- НАСА PERPERANC , также известный как Curiosity, должен приземлиться на Марсе. Это будет самая масштабная и амбициозная миссия, когда-либо совершавшаяся на красную планету.
Целью атомохода является кратер Гейла, где он поднимется на холм в надежде раскрыть сложную экологическую историю планеты. Nature представляет коллекцию наших материалов о миссии и науке о Марсе.Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech
- Видео
- Новости
- Блог
- Характеристики
- Редакция
видео
Ученые НАСА рассказывают о том, что мы видели до сих пор, и с чем мы можем столкнуться, когда Curiosity подъедет к горе Шарп.
Новости
Пока марсоход Curiosity готовится к своему первому путешествию по поверхности, ведущий ученый делится своими надеждами на эту миссию.
( )
НАСА высадилось на Марс, что дальше? Ваш шанс задать вопросы экспертам.
( )
Шестиколесный робот должен начать свою многолетнюю миссию в кратере Гейла.
( )
Следите за действиями марсохода НАСА Curiosity, направляющегося на встречу с красной планетой.
( )
Ученые Curiosity пытаются разгадать тайну горы Шарп.
( )
Марсоход Curiosity готовится к погружению на Марс.
( )
Климатические модели показывают, что Красная планета была в основном холодной и сухой.
( )
Исследователи планет спешат собрать данные о поверхности до того, как устаревающий спутник перестанет работать.
( )
Марсоход Curiosity исследует кратер Гейла, который может содержать ключи к разгадке прошлой жизни.
( )
НАСА испытает надувные оболочки для космических кораблей.
( )
Постоянно растущая стоимость запланированной Марсианской научной лаборатории ставит под угрозу другие космические миссии.
( )
Марсианской научной лаборатории НАСА нужно больше денег, чтобы добраться до стартовой площадки, и у нее меньше времени.
( )
Блог
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Функции
Датировка особенностей Луны и Марса — это предположения. Скотт Андерсон создает инструмент, чтобы изменить это.
( )
Как затворник Майк Малин изменил представление ученых о Марсе.
( )
Неожиданное открытие метана в атмосфере Марса может быть признаком жизни там. Исследователи сейчас работают над тем, как найти его источник, сообщает Кэтрин Сандерсон.
( )
Редакция
Последняя миссия на Марс обещает крупный план поверхности планеты.
Природа
479, 446
( )
Марсианская научная лаборатория НАСА Curiosity Rover Mission: Изучение древней обитаемой среды в кратере Гейла
Публикация
Избранная история
Марсианская научная лаборатория NASA: миссия марсохода Curiosity: изучение древней обитаемой среды в кратере ГейлаЭ. Рампе и научная группа MSL
Роботизированное исследование Марса до Curiosity
Марсоход Curiosity продолжает наследие исследования марсианской поверхности и атмосферы с орбитальных и приземляющихся роботизированных миссий.
Первый облет Марса совершила миссия Mariner 4 в 19 году.65, с еще двумя пролетами Моряков 6 и 7 в 1969 году. Изображения марсианской поверхности, переданные этими пролетами, показали пустынную, покрытую кратерами местность, очень похожую на поверхность Луны, что, вероятно, было разочаровывающим результатом для тех, кто предположил, что Марс был гораздо более похожей на Землю, на ее поверхности была жидкая вода и действующие вулканы. В начале 1970-х годов орбитальный космический корабль «Маринер-9» нанес на карту около 80 % марсианской поверхности и обнаружил доказательства интригующей геологической истории с древними руслами рек, огромными потухшими вулканами (крупнейший из которых размером со штат Аризона), вулканическими и ударные кратеры, а также систему каньонов протяженностью более 3000 км. Хотя марсианская поверхность в настоящее время не очень похожа на Землю, изображения, полученные с борта Mariner 9,предположил, что Марс когда-то мог быть очень похож на Землю. Это заставило людей задаться вопросом, могла ли микробная жизнь когда-либо существовать на планете, и начались поиски жизни и окружающей среды, которые были бы пригодны для микробной жизни на Марсе.Посадочные площадки для предыдущих марсоходов и спускаемых аппаратов, а также для Curiosity. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.
После миссий «Маринер» в 1975 году к Марсу были запущены миссии НАСА «Викинг 1» и «2». Каждая миссия включала орбитальный аппарат и посадочный модуль. Цели спускаемых аппаратов состояли в том, чтобы сфотографировать марсианскую поверхность и найти доказательства существования жизни с помощью биологических экспериментов. Эксперименты не дали окончательных доказательств существования жизни ни на одном из мест посадки. Орбитальные аппараты с камерами высокого разрешения и инфракрасными спектрометрами (для идентификации полезных ископаемых на поверхности) были запущены в конце 1990-х и начале 2000-х годов, включая NASA Mars Global Surveyor (запущен в 1997 г.), NASA Mars Odyssey (2001 г.), Mars Express Европейского космического агентства (ESA) (2003 г.) и NASA Mars Reconnaissance Orbiter (2006 г.). Камеры высокого разрешения [в частности, научный эксперимент по созданию изображений с высоким разрешением (HiRISE) на Марсианском разведывательном орбитальном аппарате, который может собирать изображения с разрешением ~ 30 сантиметров на пиксель] вернули потрясающие изображения древних речных русел и озерных отложений в ударных кратерах, 3–4 миллиарда лет.
[ПРИМЕЧАНИЕ: Возраст поверхностей земных планет оценивается путем подсчета количества и размера ударных кратеров. Этот метод основан на предположении, что новая геологическая поверхность (такая как поток лавы или оползневые отложения) не будет иметь ударных кратеров, а по мере старения поверхности метеориты ударяются о поверхность, и на поверхности накапливаются кратеры. Возраст был откалиброван по образцам, доставленным с Луны, возраст которых был определен с помощью радиометрического датирования возраста.] Недавно было запущено орбитальных аппаратов, предназначенных для изучения атмосферы, включая миссию NASA Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) (2013 г.) и ExoMars Trace Gas Orbiter ЕКА (2016 г.).Инфракрасные спектрометры на Mars Global Surveyor, Mars Odyssey, Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter пролили свет на минералы на поверхности Марса. Минералы важны, потому что они могут рассказать нам об истории поверхности, от магматических процессов, таких как состав магмы и лавы, до процессов с участием воды, таких как образование и эволюция озер и химический состав вод этих озер.
Некоторые минералы, обнаруженные в осадочных породах, отложившихся примерно 3–4 миллиарда лет назад (Ga), указывают на то, что древние водные среды были разнообразными и развивались в течение ранней истории Марса. Минералы из группы филлосиликатов (также называемые глинистыми минералами) распространены на очень древних территориях (~ 3,5–4 млрд лет), тогда как сульфатные соли чаще встречаются на более молодых территориях (~ 3–3,5 млрд лет). Для образования филлосиликатов требуется жидкая вода, и они могут образовываться в различных условиях, но наиболее распространенные филлосиликаты, обнаруженные на марсианской поверхности (называемые смектитом), предполагают образование при почти нейтральном рН и относительно низких температурах (от ~ 0° до 100° C). . Сульфатные соли встречаются в более сухих средах, где воды, содержащие SO 4 2– в растворе испарились так, что сульфатсодержащие соли выпали в осадок. Это наблюдение за филлосиликатами в самых древних ландшафтах и сульфатными солями в немного более молодых ландшафтах предполагает, что химический состав поверхностных вод на Марсе изменился примерно 3,5 млрд лет назад, отметив глобальное изменение климата от относительно влажного раннего Марса до очень сухого Марса, который мы знаем сегодня.Научные инструменты Curiosity. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.
Космический корабль NASA Mars Pathfinder Sojourner (19 лет)96) был первым марсоходом, отправленным на Марс, и он обнаружил камни, отложенные водой в массивном древнем канале оттока под названием Долина Ареса. Оба марсохода-близнеца NASA Mars Exploration Rovers Spirit и Opportunity (2003 г.) были отправлены на Марс с доказательствами наличия жидкой воды с орбиты, и оба марсохода нашли геохимические доказательства существования множества различных водных сред. Посадочный модуль НАСА «Феникс» (2007 г.) приземлился на северных равнинах Марса для изучения биологического потенциала марсианских арктических почв с помощью камер, робота-манипулятора для рытья траншей и лабораторий влажной химии. Феникс обнаружил водяной лед под землей, и химические измерения показали, что почва была слегка щелочной с умеренной соленостью, но этой жидкой воды, вероятно, не было сотни миллионов лет. Curiosity продолжает поиск пригодной для жизни среды на марсианской поверхности, используя сложную научную полезную нагрузку.
Цели миссии Curiosity, инструменты и выбор кратера Гейла
Основной научной целью миссии Curiosity является оценка пригодности для жизни древних марсианских сред. Пригодная для жизни среда определяется как среда, которая поддерживает микробную жизнь. Жизнь, какой мы ее знаем на Земле, требует жидкой воды и определенных питательных веществ. Научные инструменты на марсоходе Curiosity могут искать доказательства древней жидкой воды на основе геологического контекста, типов присутствующих минералов и геохимии, а также обнаруживать элементы и питательные вещества, необходимые для жизни.
(a) Составное изображение кратера Гейла с черным эллипсом приземления на северо-западной равнине кратера. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS. (b) HiRISE изображение нижних склонов горы Шарп с выделенными минеральными единицами. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/MSSS.
Научные камеры включают в себя Mastcam, марсианскую камеру с ручным объективом (MAHLI) и удаленную микровизуальную камеру (RMI) в комплекте приборов Chemistry and Camera (ChemCam).
Mastcam состоит из двух камер с разным фокусным расстоянием на мачте марсохода и обеспечивает потрясающие изображения в масштабе от обнажения до горизонта. ChemCam RMI обычно создает контекстные изображения объектов горных пород и почвы, которые инструмент ChemCam Laser Induced Breakdown Spectrometer (LIBS) анализирует на предмет геохимии, но также может отображать объекты, находящиеся на расстоянии от сотен метров до нескольких километров от вездехода. MAHLI создает изображения горных пород и почвы крупным планом и может различать детали размером до ~ 12,5 микрометров.Инструменты, используемые для характеристики состава горных пород и почв (т. е. геохимии и минералогии), включают прибор ChemCam LIBS, рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS), прибор химии и минералогии (CheMin), анализ проб на Марсе. (SAM) и прибор Dynamic Albedo of Neutrons (DAN). ChemCam и Mastcam также выполняют спектроскопию в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, которую можно использовать для идентификации определенных минералов, в частности тех, которые содержат железо.
ChemCam расположена на мачте вездехода, а прибор LIBS запускает лазер на расстоянии до 7 метров, который создает плазму из целевой почвы или породы. Затем спектрометр измеряет плазму, чтобы определить химический состав мишени. APXS расположен на конце рычага и измеряет объемную геохимию почвы и горных пород с близкого расстояния. CheMin и SAM — это лаборатории, расположенные внутри марсохода, и обе они анализируют зачерпнутые пробы грунта и выбуренной породы, которые собираются и обрабатываются с помощью подсистемы сбора, обработки и обработки проб (SA/SPaH) на конце манипулятора. CheMin может количественно определять минералы, присутствующие в почвах и горных породах, с пределом обнаружения ~1 % масс. SAM представляет собой набор из трех инструментов (масс-спектрометр, газовый хроматограф и перестраиваемый лазерный спектрометр), которые измеряют газы, выделяемые из образцов почвы и горных пород при их нагревании для поиска углерода, азота, водорода и кислорода. несущие соединения, в том числе органические молекулы, и измеряют изотопы углерода, водорода, кислорода и инертных газов в атмосфере. DAN расположен в задней части марсохода и может обнаруживать подповерхностный водород как прокси H 9.0383 2 O либо в виде льда, либо в виде минеральных структур.Путешествие Curiosity через Sol 2108 с перечислением основных путевых точек. Врезка показывает местоположение вездехода на момент написания статьи. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Univ. AZ/MSSS/USGS.
Curiosity имеет два инструмента для характеристики современной окружающей среды. Детектор оценки радиации (RAD) измеряет высокоэнергетическое излучение на марсианской поверхности, чтобы оценить радиационную среду для будущих исследований Марса человеком. Наконец, вездеходная система мониторинга окружающей среды (REMS) — это метеостанция вездехода, измеряющая атмосферное давление, температуру воздуха и земли, влажность, ультрафиолетовое излучение, а также скорость и направление ветра.
Марсоход Curiosity приземлился в кратере Гейла 6 августа 2012 года. Кратер Гейла — это ударный кратер диаметром ~150 км, расположенный недалеко от марсианского экватора вдоль границы между более старой, покрытой кратерами местностью на юге и более молодой, гладкой равниной на севере.
. Он был выбран из более чем 50 первоначально предложенных посадочных площадок во время серии семинаров по посадочным площадкам, на которых НАСА запросило мнение планетарного научного сообщества о научных и инженерных преимуществах и недостатках каждой посадочной площадки. Последние четыре места посадки также включали долину Морт, кратер Холден и кратер Эберсвальде. Все четыре места посадки были покрыты слоистыми осадочными породами, содержащими филлосиликаты, что указывает на то, что когда-то в этих местах была жидкая вода, и они могли когда-то быть пригодными для жизни. Хотя каждое из мест посадки удовлетворяло бы научному критерию для изучения места, на котором в прошлом были доказательства существования жидкой воды, кратер Гейла был выбран из-за разнообразия древней водной среды.Curiosity отправили в кратер Гейла, чтобы изучить осадочные породы, которые были отложены реками и озерами примерно 3,5 млн лет назад, оценить изменения в окружающей среде с течением времени и определить, могла ли эта среда быть обитаемой для древней микробной жизни.
Кратер Гейл содержит насыпь из слоистой осадочной породы высотой около 5 километров в центре кратера под названием Эолис-Монс (неофициально известного как гора Шарп). Орбитальные спектрометры идентифицировали множество минералов в самых нижних слоях горы Шарп, которые образовались в результате взаимодействия воды и горных пород. Филлосиликаты и минерал оксида железа гематит были идентифицированы у подножия горы Шарп (в древнейших осадочных породах), а сульфатные соли были идентифицированы непосредственно над породами, содержащими филлосиликат и гематит (в немного более молодых осадочных породах). Это говорит о том, что древние осадочные породы в кратере Гейла сохраняют множество различных сред, которые могли быть обитаемыми, и что эти породы могут помочь ученым лучше понять резкое изменение климата, которое произошло на Марсе примерно 3,5 млрд лет назад. Sharp, Curiosity может изучить, как эти среды менялись с течением времени.Доказательства существования древних рек и озер в кратере Гейла
С момента приземления примерно 6 лет назад Curiosity преодолел более 19 километров.
Первые ~ 2 года миссии были потрачены на пересечение кратерных равнин, чтобы добраться до нижних склонов горы Шарп. Почти все породы, с которыми столкнулся марсоход, были осадочными и были отложены либо водой (реки, озера и дельты), либо ветром. Еще до приземления в кратере Гейла вблизи места посадки с орбиты были обнаружены древние ручьи и конусы выноса. Некоторые из этих ручейковых отложений были изучены Curiosity возле места посадки благодаря спускаемым ракетам (часть невероятного, никогда ранее не выполнявшегося маневра Sky Crane), которые сдули большую часть поверхностной пыли и отложений. Рядом с местом посадки была обнаружена крупнозернистая осадочная порода, называемая конгломератом, состоящая из окатанной гальки и песка. Размер гальки указывает на то, что камень был отложен ручьем глубиной до 1 метра.Изображение HiRISE, показывающее место посадки Curiosity, марсоход, исследующий залив Йеллоунайф, и следы марсохода от поездки из Брэдбери, приземляющейся в залив Йеллоунайф.
Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Univ. Аризоны.От места посадки «Кьюриосити» повернул на восток (вместо того, чтобы двигаться на юго-запад к горе Шарп), чтобы изучить три различных объекта, обнаруженных с орбиты в месте под названием залив Йеллоунайф. Curiosity обнаружил в заливе Йеллоунайф очень мелкозернистую осадочную породу, называемую аргиллитом, что указывает на то, что залив Йеллоунайф был местом древнего озера. Особенности в аргиллитах, такие как выступы и сферы, предполагают, что грунтовые воды двигались через отложения до того, как они были литифицированы.
После обширной кампании в заливе Йеллоунайф, Curiosity направился на юго-запад к нижним склонам горы Шарп. Curiosity провел еще одну длительную кампанию в регионе, известном как «Кимберли», где располагалось множество различных единиц, идентифицированных с орбиты, в том числе одна, названная «Полосатая единица». С земли исчерченная пачка состояла из пластов песчаника, которые очень плавно опускались к центру кратера.
Эти наклонные русла являются признаками дельтовых отложений, где реки или ручьи впадали в озера, а наносы, переносимые реками или ручьями, выпадали из взвешенного состояния.Curiosity достиг нижних склонов горы Шарп в сентябре 2014 года по прибытии в Холмы Парамп. Породы холмов Парамп представляли собой преимущественно слоистый аргиллит, толщина отдельных слоев которого составляла от ~ 1 миллиметра до 1 сантиметра. Слоистый аргиллит обычно образуется из озерных отложений. С самого начала восхождения Curiosity на гору Шарп слоисто-аргиллит был наиболее распространенным наблюдаемым типом горных пород. Редкие грязевые трещины указывают на некоторое высыхание озер, но стойкий слоистый аргиллит на протяжении более 300 метров вертикальной стратиграфии предполагает, что озера существовали в кратере Гейла в течение длительного периода времени, возможно, от сотен тысяч до нескольких миллионов лет. Осадочные породы в нижней части горы Шарп также свидетельствуют о наличии грунтовых вод с наличием конкреций, шариков и минерализованных жил.
Изображение HiRISE, показывающее Полосатый блок в Кимберли, Curiosity, исследующий Полосатый блок, и следы марсохода. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Univ. Аризоны.
Судя по наблюдению за конгломератом и падающим песчаником на равнинах кратера Гейла и слоистым аргиллитом в нижней части горы Шарп, кратер Гейла когда-то был гораздо более влажным и похожим на Землю. Реки и ручьи, вытекающие из края кратера, впадали в озера на дне кратера. Мы предполагаем, что реки и ручьи образовались в результате таяния снега и льда на краю кратера, потому что мы еще не обнаружили доказательств того, что на Марсе шел дождь. Например, мы не видели отпечатков дождевых капель, окаменевших в аргиллитах. Помимо обильной воды на поверхности, подземные воды также перемещались через отложения до и после их литификации, что указывает на то, что кратер Гейла имел богатую историю поверхностных и подземных вод.
На что была похожа Древняя вода в кратере Гейла?
Геохимический и минералогический состав осадочных пород в кратере Гейла может дать нам очень конкретную информацию о водах древнего озера и подземных водах и может помочь нам определить, была ли эта среда пригодной для микробной жизни.
На момент написания статьи Curiosity пробурил 16 образцов горных пород, 12 из которых, вероятно, были отложены озерами или реками. Магматические минералы, которые CheMin обнаруживает в осадочных породах, указывают на то, что магматические породы, окружающие кратер Гейла, в основном базальтовые. В базальте очень мало SiO 2 и является наиболее распространенным типом камня на Гавайях. Он содержит большое количество плагиоклазового полевого шпата и пироксена.Минералы, образующиеся в результате взаимодействия воды и горных пород, рассказывают нам о прошлой водной среде. Почти все отложения аргиллита содержат глинистый минерал смектит, что предполагает его образование в воде при рН, близком к нейтральному (хотя лабораторные исследования показали, что смектит может образовываться при рН от умеренно кислого до умеренно щелочного). В дополнение к базальтовым магматическим минералам и смектиту в заливе Йеллоунайф CheMin обнаружил магнетит оксида железа, который имеет как восстановленное, так и окисленное железо в своей структуре, а также сульфат кальция (Ca) в тонкостенных жилах (что указывает на образование после литификации озерных отложений).
Этот минеральный комплекс предполагает, что вода в озере в заливе Йеллоунайф имела почти нейтральный pH, низкую соленость и не слишком окислялась. Образцы аргиллита, собранные с нижних склонов горы Шарп, имеют очень разнообразный минералогический состав, что указывает на то, что они сохраняют множество различных природных сред. У подножия горы Шарп преобладают смектит и магнетит с небольшим содержанием сульфата кальция или без него, что предполагает среду, аналогичную среде залива Йеллоунайф. Продвигаясь вверх по горе Шарп к более молодым породам, магнетит уступает место минералу оксида железа гематиту, который имеет в своей структуре окисленное железо и не содержит восстановленного железа; Минералы сульфата кальция также преобладают в матрице отложений (это означает, что он, вероятно, выпал в осадок до того, как отложения литифицированы), а состав и структура смектита немного изменились, что указывает на то, что он был более изменен водой, чем смектит, наблюдаемый в заливе Йеллоунайф или Парамп-Хиллз. Это изменение минералогического состава указывает на то, что вода, из которой выпали эти минералы (озерная вода и/или подземные воды), была более окислительной и более соленой, чем вода, выпавшая в осадок комплекс минералов в заливе Йеллоунайф.Изображения обнажений на равнинах кратера Гейла. (а) Конгломерат возле места посадки Curiosity. (b) Аргиллиты в заливе Йеллоунайф с приподнятыми гребнями. (c) Погружение пластов песчаника в Кимберли. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/MSSS.
Может быть трудно определить, были ли минералы, образовавшиеся в результате взаимодействия вода-порода (такие как смектит, оксиды железа и минералы сульфата кальция), осаждались из озерных вод или из подземных вод, проходящих через отложения. Мы можем использовать текстуры горных пород в качестве подсказок, указывающих на присутствие подземных вод, но нам действительно нужны образцы горных пород, чтобы мы могли рассмотреть их под микроскопом и изучить физические и химические отношения между минералами.
Данные SAM из одного образца, пробуренного у подножия горы Шарп, показали нам, что по крайней мере один минерал выпал в осадок из подземных вод спустя много времени после того, как отложения были отложены озерами. CheMin идентифицировала минерал сульфата железа, ярозит, в образце Мохаве2 из холмов Парамп. Ярозит является важным экологическим индикатором, так как он образуется в кислых сульфатных растворах с рН ~2–4. SAM провела криптоно-аргоновое датирование ярозита и определила, что он выпал в осадок 2,12 ± 0,36 млрд лет назад, что составляет почти 1,5 миллиарда лет после отложения озерных отложений. Этот невероятно молодой возраст ярозита в Парамп-Хиллз говорит нам о том, что был период ~ 1,5 миллиарда лет, в течение которого вода присутствовала на поверхности или вблизи недр кратера Гейла (хотя грунтовые воды, вероятно, присутствовали периодически). Это имеет большое значение для обитаемости кратера Гейла.Был ли когда-нибудь обитаем кратер Гейла?
Особенно интригующим аспектом идентификации пригодной для жизни среды в кратере Гейла ~3,5 млрд лет назад является то, что самые старые микробные окаменелости на Земле датируются примерно тем же временем, поэтому вполне разумно думать, что микробы могли развиться на соседних земных планетах.
которые имели схожие условия окружающей среды. Чтобы определить, был ли кратер Гейла пригоден для микробной жизни, нам необходимо рассмотреть требования, предъявляемые к микробной жизни для ее процветания на Земле. Жизнь, какой мы ее знаем на Земле, требует жидкой воды, основных элементов и питательных веществ, пищи/энергии и укрытия от вредного излучения. Прибор RAD показал, что радиационная среда на поверхности в кратере Гейла сегодня слишком сурова, чтобы микробы могли выжить, но около 3,5 млрд лет назад Марс, вероятно, имел более плотную атмосферу, которая помогала защитить поверхность от высокоэнергетических частиц, приходящих из космоса. Микробы также могли жить под поверхностью в озерных отложениях или трещинах в скалах, чтобы защитить себя.Изображения обнажений с нижних склонов горы Шарп. (a), (b) Слоистые аргиллитовые отложения с холмов Парамп указывают на отложение наносов из озера. (c) Конкреции у подножия холмов Парамп указывают на грунтовые воды. (г) Трещины окаменелого ила.
Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/MSSS.Типы осадочных пород, которые мы находим с помощью Curiosity, и минералы, которые мы находим в этих породах, говорят нам о том, что в кратере Гейла была долгая история жидкой воды. Озера, вероятно, существовали на поверхности от сотен тысяч до нескольких миллионов лет, а подземные воды присутствовали (по крайней мере, периодически) в течение ~ 1,5 миллиарда лет. Найденные нами полезные ископаемые позволяют предположить, что некоторые воды озера и подземные воды были относительно пресными, а некоторые — более солеными. Тем не менее, мы не нашли свидетельств гиперсоленых вод, и есть некоторые микробы, известные как галофилы, которые эволюционировали, чтобы жить в очень соленых условиях на Земле, поэтому озеро и грунтовые воды в кратере Гейла были достаточно пресными, чтобы поддерживать микробную активность.
Основными элементами, необходимыми для жизни, являются углерод (C), водород (H), азот (N), кислород (O), фосфор (P) и сера (S), и эти элементы или соединения, включающие эти элементы, были обнаруживаются приборами APXS, ChemCam, CheMin, SAM и DAN.
Важные микроэлементы для микробов, такие как марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn) и никель (Ni), также были обнаружены с помощью APXS и ChemCam. Хемотрофные микробы используют элементы в различных степенях окисления в качестве источника энергии, а некоторые из найденных нами минералов, такие как магнетит, содержат элементы в разных степенях окисления, которые могли быть пищей для микробов. SAM также обнаружил органические молекулы, которые являются строительными блоками жизни. Некоторые из этих органических молекул также могли быть источником пищи для древних микробов в кратере Гейла.Вера Рубин Ридж с орбиты. Красные цвета представляют собой гематит, нанесенный на карту с использованием данных, полученных с орбитальных спектрометров. Звезда отмечает местоположение Curiosity на момент написания статьи. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/JHUAPL/A. Фрейман.
Что дальше для Curiosity?
Curiosity в настоящее время находится на хребте Веры Рубин (названном в честь известного американского астронома, чьи исследования предоставили доказательства существования темной материи).
Горный хребет Веры Рубин был идентифицирован с орбиты как объект, представляющий интерес, поскольку он обогащен минералом оксида железа гематитом. Гематит может образовываться при различных условиях, многие из которых включают жидкую воду, поэтому Curiosity изучает хребет, чтобы определить, как мог образоваться гематит. Гематит также изучался марсоходом Opportunity Mars Exploration Rover в Meridiani Planum. В Меридиани гематит имел форму шариков (или «черники»), что указывает на осаждение из подземных вод. Curiosity не обнаружил подобной черники, поэтому гематит, вероятно, присутствует в осадочной матрице. Слоистый аргиллит очень распространен на хребте, что предполагает отложение озерной водой, но мы еще не знаем, выпал ли гематит в осадок из озерных вод или грунтовых вод. Curiosity готов взять первый образец бура с хребта Веры Рубин и доставить его в CheMin и SAM. Типы минералов, которые встречаются в ассоциации с гематитом, помогут нам определить условия, при которых он образовался. Мы ожидаем, что кампания на хребте Веры Рубин продлится до лета 2018 года, при этом с вершины хребта будут взяты дополнительные образцы.Изображения, сделанные с Земли, изменены, чтобы показать, как мог выглядеть кратер Гейл примерно 3,5 млрд лет назад, с чередованием сухих и влажных периодов. Влажные периоды возникают из-за таяния снега и льда. Наносы переносятся вниз по течению и откладываются в реках, дельтах и озерах. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.
После изучения хребта Веры Рубин, Curiosity продолжит восхождение на гору Шарп и исследует филлосиликатсодержащую толщу, а затем сульфатсодержащую толщу, которая была идентифицирована с орбиты и послужила основной причиной выбора кратера Гейла в качестве места посадки. За последние 6 лет Curiosity на основании данных седиментологии, минералогии и геохимии обнаружил доказательства существования множества пригодных для жизни сред. По мере того, как Curiosity изучает эти новые единицы, научная группа будет продолжать оценивать их обитаемость и сопоставлять их с более старыми единицами, чтобы охарактеризовать меняющуюся среду на раннем Марсе.
Узнайте больше о миссии Curiosity
. /mars.nasa.gov/msl/mission/whereistherovernow/
https://mars.nasa.gov/msl/multimedia/raw/
Содержание минералов в пробах озерных отложений, измеренное прибором CheMin. Примеры имен: JK = Джон Кляйн, CB = Камберленд, CH = Confidence Hills, MJ = Mojave2, TP = Telegraph Peak, BK = Buckskin, OD = Oudam, MB = Marimba, QL = Quela, SB = Sebina. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech.
Вот подборка последних научных статей и тезисов для тех читателей, которые хотят получить более подробную информацию о научных выводах миссии. Это не исчерпывающий список, и ведущий автор этой статьи был бы рад порекомендовать дополнительное чтение заинтересованным лицам.
Bristow T. F., Rampe E. B., Achilles C. N., et al. (2018) Разнообразие и изобилие глинистых минералов в осадочных породах кратера Гейл, Марс. Science Advances, 4(6), eaar3330.
Eigenbrode J.L., Summons R.E.
, Steele A., et al. (2018) Органическое вещество, сохранившееся в аргиллитах возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла на Марсе. Наука, 360(6393), 1096–1101.Fedo C.M., Grotzinger J.P., Gupta S., et al. (2018) Седиментология и стратиграфия формации Мюррей, кратер Гейл, Марс. Lunar and Planetary Science XLIX, Abstract #2078. Институт Луны и планет, Хьюстон.
Fraeman A.A., Edgar L.A., Grotzinger J.P., et al. (2018) Исследование Curiosity на хребте Веры Рубин. Lunar and Planetary Science XLIX, Abstract # 1557. Институт Луны и планет, Хьюстон.
Grotzinger J.P., Gupta S., Malin M.C., et al. (2015) Осаждение, эксгумация и палеоклимат отложений древнего озера, кратер Гейл, Марс. Наука, 350(6257), aac7575.
Hurowitz J.A., Grotzinger J.P., Fischer W.W., et al. (2017) Окислительно-восстановительная стратификация древнего озера в кратере Гейл, Марс. Наука, 356(6341), eaah6849.
Mahaffy P.R., Webster C.R.
, Stern J.C., et al. (2015) Отпечаток атмосферной эволюции в D/H гесперианских глинистых минералов на Марсе. Наука, 347(6220), 412–414.Rampe E.B., Ming D.W., Blake D.F., et al. (2017) Минералогия древнего озерного аргиллита из формации Мюррей, кратер Гейла, Марс. Earth and Planetary Science Letters 471 (2017): 172–185.
Stein N., Grotzinger J.P., Schieber J., et al. (2018) Трещины высыхания свидетельствуют о высыхании озера на Марсе, член острова Саттон, формация Мюррей, кратер Гейла. Геология, 46(6), 515–518.
Thompson L.M., Fraeman A.A., Berger J.A., et al. (2018) APXS определил химический состав хребта Веры Рубин (гематит), кратер Гейл, Марс: последствия для происхождения сигнатуры гематита. Lunar and Planetary Science XLIV, Abstract # 2826. Институт Луны и планет, Хьюстон.
Об авторах
Элизабет Рэмп ([email protected]) — научный сотрудник отдела исследований и исследований астроматериалов в Космическом центре НАСА имени Джонсона в Хьюстоне, штат Техас.
Целью атомохода является кратер Гейла, где он поднимется на холм в надежде раскрыть сложную экологическую историю планеты. Nature представляет коллекцию наших материалов о миссии и науке о Марсе.
Первый облет Марса совершила миссия Mariner 4 в 19 году.65, с еще двумя пролетами Моряков 6 и 7 в 1969 году. Изображения марсианской поверхности, переданные этими пролетами, показали пустынную, покрытую кратерами местность, очень похожую на поверхность Луны, что, вероятно, было разочаровывающим результатом для тех, кто предположил, что Марс был гораздо более похожей на Землю, на ее поверхности была жидкая вода и действующие вулканы. В начале 1970-х годов орбитальный космический корабль «Маринер-9» нанес на карту около 80 % марсианской поверхности и обнаружил доказательства интригующей геологической истории с древними руслами рек, огромными потухшими вулканами (крупнейший из которых размером со штат Аризона), вулканическими и ударные кратеры, а также систему каньонов протяженностью более 3000 км. Хотя марсианская поверхность в настоящее время не очень похожа на Землю, изображения, полученные с борта Mariner 9,предположил, что Марс когда-то мог быть очень похож на Землю. Это заставило людей задаться вопросом, могла ли микробная жизнь когда-либо существовать на планете, и начались поиски жизни и окружающей среды, которые были бы пригодны для микробной жизни на Марсе.
[ПРИМЕЧАНИЕ: Возраст поверхностей земных планет оценивается путем подсчета количества и размера ударных кратеров. Этот метод основан на предположении, что новая геологическая поверхность (такая как поток лавы или оползневые отложения) не будет иметь ударных кратеров, а по мере старения поверхности метеориты ударяются о поверхность, и на поверхности накапливаются кратеры. Возраст был откалиброван по образцам, доставленным с Луны, возраст которых был определен с помощью радиометрического датирования возраста.] Недавно было запущено орбитальных аппаратов, предназначенных для изучения атмосферы, включая миссию NASA Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) (2013 г.) и ExoMars Trace Gas Orbiter ЕКА (2016 г.).
Некоторые минералы, обнаруженные в осадочных породах, отложившихся примерно 3–4 миллиарда лет назад (Ga), указывают на то, что древние водные среды были разнообразными и развивались в течение ранней истории Марса. Минералы из группы филлосиликатов (также называемые глинистыми минералами) распространены на очень древних территориях (~ 3,5–4 млрд лет), тогда как сульфатные соли чаще встречаются на более молодых территориях (~ 3–3,5 млрд лет). Для образования филлосиликатов требуется жидкая вода, и они могут образовываться в различных условиях, но наиболее распространенные филлосиликаты, обнаруженные на марсианской поверхности (называемые смектитом), предполагают образование при почти нейтральном рН и относительно низких температурах (от ~ 0° до 100° C). . Сульфатные соли встречаются в более сухих средах, где воды, содержащие SO 4 2– в растворе испарились так, что сульфатсодержащие соли выпали в осадок. Это наблюдение за филлосиликатами в самых древних ландшафтах и сульфатными солями в немного более молодых ландшафтах предполагает, что химический состав поверхностных вод на Марсе изменился примерно 3,5 млрд лет назад, отметив глобальное изменение климата от относительно влажного раннего Марса до очень сухого Марса, который мы знаем сегодня.
Mastcam состоит из двух камер с разным фокусным расстоянием на мачте марсохода и обеспечивает потрясающие изображения в масштабе от обнажения до горизонта. ChemCam RMI обычно создает контекстные изображения объектов горных пород и почвы, которые инструмент ChemCam Laser Induced Breakdown Spectrometer (LIBS) анализирует на предмет геохимии, но также может отображать объекты, находящиеся на расстоянии от сотен метров до нескольких километров от вездехода. MAHLI создает изображения горных пород и почвы крупным планом и может различать детали размером до ~ 12,5 микрометров.
ChemCam расположена на мачте вездехода, а прибор LIBS запускает лазер на расстоянии до 7 метров, который создает плазму из целевой почвы или породы. Затем спектрометр измеряет плазму, чтобы определить химический состав мишени. APXS расположен на конце рычага и измеряет объемную геохимию почвы и горных пород с близкого расстояния. CheMin и SAM — это лаборатории, расположенные внутри марсохода, и обе они анализируют зачерпнутые пробы грунта и выбуренной породы, которые собираются и обрабатываются с помощью подсистемы сбора, обработки и обработки проб (SA/SPaH) на конце манипулятора. CheMin может количественно определять минералы, присутствующие в почвах и горных породах, с пределом обнаружения ~1 % масс. SAM представляет собой набор из трех инструментов (масс-спектрометр, газовый хроматограф и перестраиваемый лазерный спектрометр), которые измеряют газы, выделяемые из образцов почвы и горных пород при их нагревании для поиска углерода, азота, водорода и кислорода. несущие соединения, в том числе органические молекулы, и измеряют изотопы углерода, водорода, кислорода и инертных газов в атмосфере.
DAN расположен в задней части марсохода и может обнаруживать подповерхностный водород как прокси H 9.0383 2 O либо в виде льда, либо в виде минеральных структур.
. Он был выбран из более чем 50 первоначально предложенных посадочных площадок во время серии семинаров по посадочным площадкам, на которых НАСА запросило мнение планетарного научного сообщества о научных и инженерных преимуществах и недостатках каждой посадочной площадки. Последние четыре места посадки также включали долину Морт, кратер Холден и кратер Эберсвальде. Все четыре места посадки были покрыты слоистыми осадочными породами, содержащими филлосиликаты, что указывает на то, что когда-то в этих местах была жидкая вода, и они могли когда-то быть пригодными для жизни. Хотя каждое из мест посадки удовлетворяло бы научному критерию для изучения места, на котором в прошлом были доказательства существования жидкой воды, кратер Гейла был выбран из-за разнообразия древней водной среды.
Кратер Гейл содержит насыпь из слоистой осадочной породы высотой около 5 километров в центре кратера под названием Эолис-Монс (неофициально известного как гора Шарп). Орбитальные спектрометры идентифицировали множество минералов в самых нижних слоях горы Шарп, которые образовались в результате взаимодействия воды и горных пород. Филлосиликаты и минерал оксида железа гематит были идентифицированы у подножия горы Шарп (в древнейших осадочных породах), а сульфатные соли были идентифицированы непосредственно над породами, содержащими филлосиликат и гематит (в немного более молодых осадочных породах). Это говорит о том, что древние осадочные породы в кратере Гейла сохраняют множество различных сред, которые могли быть обитаемыми, и что эти породы могут помочь ученым лучше понять резкое изменение климата, которое произошло на Марсе примерно 3,5 млрд лет назад. Sharp, Curiosity может изучить, как эти среды менялись с течением времени.
Первые ~ 2 года миссии были потрачены на пересечение кратерных равнин, чтобы добраться до нижних склонов горы Шарп. Почти все породы, с которыми столкнулся марсоход, были осадочными и были отложены либо водой (реки, озера и дельты), либо ветром. Еще до приземления в кратере Гейла вблизи места посадки с орбиты были обнаружены древние ручьи и конусы выноса. Некоторые из этих ручейковых отложений были изучены Curiosity возле места посадки благодаря спускаемым ракетам (часть невероятного, никогда ранее не выполнявшегося маневра Sky Crane), которые сдули большую часть поверхностной пыли и отложений. Рядом с местом посадки была обнаружена крупнозернистая осадочная порода, называемая конгломератом, состоящая из окатанной гальки и песка. Размер гальки указывает на то, что камень был отложен ручьем глубиной до 1 метра.
Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Univ. Аризоны.
Эти наклонные русла являются признаками дельтовых отложений, где реки или ручьи впадали в озера, а наносы, переносимые реками или ручьями, выпадали из взвешенного состояния.
На момент написания статьи Curiosity пробурил 16 образцов горных пород, 12 из которых, вероятно, были отложены озерами или реками. Магматические минералы, которые CheMin обнаруживает в осадочных породах, указывают на то, что магматические породы, окружающие кратер Гейла, в основном базальтовые. В базальте очень мало SiO 2 и является наиболее распространенным типом камня на Гавайях. Он содержит большое количество плагиоклазового полевого шпата и пироксена.
Этот минеральный комплекс предполагает, что вода в озере в заливе Йеллоунайф имела почти нейтральный pH, низкую соленость и не слишком окислялась. Образцы аргиллита, собранные с нижних склонов горы Шарп, имеют очень разнообразный минералогический состав, что указывает на то, что они сохраняют множество различных природных сред. У подножия горы Шарп преобладают смектит и магнетит с небольшим содержанием сульфата кальция или без него, что предполагает среду, аналогичную среде залива Йеллоунайф. Продвигаясь вверх по горе Шарп к более молодым породам, магнетит уступает место минералу оксида железа гематиту, который имеет в своей структуре окисленное железо и не содержит восстановленного железа; Минералы сульфата кальция также преобладают в матрице отложений (это означает, что он, вероятно, выпал в осадок до того, как отложения литифицированы), а состав и структура смектита немного изменились, что указывает на то, что он был более изменен водой, чем смектит, наблюдаемый в заливе Йеллоунайф или Парамп-Хиллз.
Это изменение минералогического состава указывает на то, что вода, из которой выпали эти минералы (озерная вода и/или подземные воды), была более окислительной и более соленой, чем вода, выпавшая в осадок комплекс минералов в заливе Йеллоунайф.
Данные SAM из одного образца, пробуренного у подножия горы Шарп, показали нам, что по крайней мере один минерал выпал в осадок из подземных вод спустя много времени после того, как отложения были отложены озерами. CheMin идентифицировала минерал сульфата железа, ярозит, в образце Мохаве2 из холмов Парамп. Ярозит является важным экологическим индикатором, так как он образуется в кислых сульфатных растворах с рН ~2–4. SAM провела криптоно-аргоновое датирование ярозита и определила, что он выпал в осадок 2,12 ± 0,36 млрд лет назад, что составляет почти 1,5 миллиарда лет после отложения озерных отложений. Этот невероятно молодой возраст ярозита в Парамп-Хиллз говорит нам о том, что был период ~ 1,5 миллиарда лет, в течение которого вода присутствовала на поверхности или вблизи недр кратера Гейла (хотя грунтовые воды, вероятно, присутствовали периодически). Это имеет большое значение для обитаемости кратера Гейла.
которые имели схожие условия окружающей среды. Чтобы определить, был ли кратер Гейла пригоден для микробной жизни, нам необходимо рассмотреть требования, предъявляемые к микробной жизни для ее процветания на Земле. Жизнь, какой мы ее знаем на Земле, требует жидкой воды, основных элементов и питательных веществ, пищи/энергии и укрытия от вредного излучения. Прибор RAD показал, что радиационная среда на поверхности в кратере Гейла сегодня слишком сурова, чтобы микробы могли выжить, но около 3,5 млрд лет назад Марс, вероятно, имел более плотную атмосферу, которая помогала защитить поверхность от высокоэнергетических частиц, приходящих из космоса. Микробы также могли жить под поверхностью в озерных отложениях или трещинах в скалах, чтобы защитить себя.
Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/MSSS.
Важные микроэлементы для микробов, такие как марганец (Mn), медь (Cu), цинк (Zn) и никель (Ni), также были обнаружены с помощью APXS и ChemCam. Хемотрофные микробы используют элементы в различных степенях окисления в качестве источника энергии, а некоторые из найденных нами минералов, такие как магнетит, содержат элементы в разных степенях окисления, которые могли быть пищей для микробов. SAM также обнаружил органические молекулы, которые являются строительными блоками жизни. Некоторые из этих органических молекул также могли быть источником пищи для древних микробов в кратере Гейла.
Горный хребет Веры Рубин был идентифицирован с орбиты как объект, представляющий интерес, поскольку он обогащен минералом оксида железа гематитом. Гематит может образовываться при различных условиях, многие из которых включают жидкую воду, поэтому Curiosity изучает хребет, чтобы определить, как мог образоваться гематит. Гематит также изучался марсоходом Opportunity Mars Exploration Rover в Meridiani Planum. В Меридиани гематит имел форму шариков (или «черники»), что указывает на осаждение из подземных вод. Curiosity не обнаружил подобной черники, поэтому гематит, вероятно, присутствует в осадочной матрице. Слоистый аргиллит очень распространен на хребте, что предполагает отложение озерной водой, но мы еще не знаем, выпал ли гематит в осадок из озерных вод или грунтовых вод. Curiosity готов взять первый образец бура с хребта Веры Рубин и доставить его в CheMin и SAM. Типы минералов, которые встречаются в ассоциации с гематитом, помогут нам определить условия, при которых он образовался.
Мы ожидаем, что кампания на хребте Веры Рубин продлится до лета 2018 года, при этом с вершины хребта будут взяты дополнительные образцы.
, Steele A., et al. (2018) Органическое вещество, сохранившееся в аргиллитах возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла на Марсе. Наука, 360(6393), 1096–1101.
, Stern J.C., et al. (2015) Отпечаток атмосферной эволюции в D/H гесперианских глинистых минералов на Марсе. Наука, 347(6220), 412–414.