Астрономія
Астрономія

«К'юріосіті» відкопав органічні молекули у зразках ґрунту Марса

NASA представило результати експериментів методом мокрої хімії із зібраними на Марсі ровером «К'юріосіті» зразками ґрунту з кратера Ґейл. У піску з дюн Багнольда дослідники відшукали похідні бензойної кислоти, ароматичної карбонової кислоти та молекулу, споріднену з фосфорною кислотою. Також у зразках знайшлися азотовмісні органічні молекули та кілька ще не ідентифікованих органічних сполук. Результати експериментів зі специфічним реагентом MTBSTFA вчені опублікували у Nature Astronomy.

Підвітряна сторона дюни Наміб, що у кратері Ґейла, висотою близько чотирьох метрів. Це стереознімок «К'юріосіті», зіставлений зображеннями з «очей» навігаційної камери Navсam 17 грудня 2015 року / NASA

Підвітряна сторона дюни Наміб, що у кратері Ґейла, висотою близько чотирьох метрів. Це стереознімок «К'юріосіті», зіставлений зображеннями з «очей» навігаційної камери Navсam 17 грудня 2015 року / NASA

На Марсі можна знайти органічні молекули?

З моменту прибуття на Марс у 2012 році, ровер «К'юріосіті» приніс величезну кількість даних про минуле і сучасний стан планети в ударному кратері Ґейл, що утворився на ній близько 3,5 — 3,8 мільярда років тому. Місце посадки для марсохода обрали не випадково — судячи зі спостережень, у кратері колись могла бути водойма. На це вказують гора Еоліда, схожий на дельти рік та озер на Землі рельєф, а також глина, поява якої потребує присутності води. Зокрема глина дуже хвилює вчених, адже на Землі у ній непогано зберігається органіка. Саме на її пошуки зокрема націлений «К'юріосіті», якого для цього наділили бортовою хімічною лабораторією SAM (Sample Analysis at Mars).

Втім, знайти збережену у марсіанських породах органічну речовину, яка б вказала на придатність Марса для життя принаймні у його минулому, одразу на поверхні планети складно — протягом мільйонів років вона піддавалася потужному іонізуючому випромінюванню. Раніше за допомогою SAM вченим вдалося виділити марсіанські хлоровані вуглеводні, сірковмісні органічні речовини, фрагменти алкільних та ароматичних сполук. Але зі зразків, які він дістав за допомогою буріння. Їх вдалося отримати піролізом при температурах до 850 градусів Цельсія та ідентифікувати за допомогою мас-спектрометрії з газовою хроматографією на SAM. Втім, інструмент також може проводити мокрі хімічні експерименти у пробірках з водними розчинами, а тому цього разу йому поручили дослідити піски з дюн Багнольда методом дериватизації.

Маршрут ровера, де жовтою стрілкою відзначене місце взяття проб. M. Millan et al. / Nature Astronomy, 2021

Маршрут ровера, де жовтою стрілкою відзначене місце взяття проб. M. Millan et al. / Nature Astronomy, 2021

Що викопав «К'юріосіті»?

Дюни Багнольда вивчалися протягом кількох місяців із повним набором інструментів на борту ровера. З використанням реагентів MTBSTFA-DMF, яких спеціально розробили для відновлення полярних молекул, таких як карбонові кислоти та амінокислоти, SAM аналізував зібрані на поверхні планети зразки. Пісок з дюн отримали і просіяли за допомогою ковша інструменту CHIMRA (Collection and Handling for In-Situ Martian Rock Analysis).

Ковш CHIMRA / NASA / JPL-Caltech / MSSS

Ковш CHIMRA / NASA / JPL-Caltech / MSSS

Швидше за все піски дюни зазнали впливу іонізуючого випромінювання, тому знайти в них багато слідів органічних сполук вчені не розраховували. У планах було перевірити протокол дериватизації на поверхні Марса, а також вивчити молекули, які можуть бути утворені в результаті реакцій усередині інструменту.

Однією з основних проблем при інтерпретації джерел органічних речовин, виявлених у даних SAM, є розуміння ступеня впливу органічних молекул, що виробляються у самому приладі, та власне марсіанських. Щоб ідентифікувати органічні речовини, отримані мас-спектрометром SAM спектри порівнювали із сотнями тисяч спектрів із бібліотеки Національного інституту стандартів та технологій (NIST), а також з даними ідентичних лабораторних експериментів. Так вдалося виявити хімічно дериватизовані бензойну кислоту та аміак, фосфорну кислоту та фенол, а також кілька азотовмісних молекул та ще не ідентифікованих високомолекулярних сполук.

Звідки вони взялися?

На думку дослідників, нелеткі органічні речовини, такі як бензойна кислота або солі бензолкарбоксилату — це можливі продукти окислення метеоритної органічної речовини, які можуть накопичуватися у верхніх шарах поверхні Марсу. А виявлені дванадцять азотовмісних сполук можуть бути продуктами розкладання складніших азотовмісних органічних речовин.

Дериватизований фенол постійно виявляється на хроматограмах SAM, і його вміст, імовірно, корелює із вмістом реагенту MTBSTFA, що є в системі обробки SAM. Однак, за словами вчених, не можна виключити і внесок ароматичних вуглеводнів, які могли бути у досліджуваному марсіанському зразку.

Фосфорну кислоту і раніше виявляли у простих сумішах мінералів та органічних молекул, знайдених на Марсі. І хоча вона вважається потенційним біомаркером, її виявлення у простих мінеральних сумішах передбачає, що вона може утворюватися у простих мінералах, наприклад, фосфатах.

І хоч поки джерело походження цих сполук виявити не вдалося, робота розширила діапазон сполук, які можна відшукати на Марсі, а також побічних продуктів, пов'язаних з реагентом, що дасть змогу покращити дослідницькі протоколи як місії «К'юріосіті», так і майбутніх.

Комплект інструментів SAM та приклад реакції дериватизації. M. Millan et al. / Nature Astronomy, 2021

Комплект інструментів SAM та приклад реакції дериватизації. M. Millan et al. / Nature Astronomy, 2021

За вісім років роботи «К'юріосіті» розповів нам про великі марсіанські повені, озеро кратера Ґейл, яке може виявитися ланцюжком невеликих «калюж», а також побачив сліди давніх дюн і сріблясті та перламутрові хмари після заходу Сонця на планеті. А найцікавіші світлини, зняті ровером ми зібрали у статті «Селфі, ілюзії та панорами».

дериватизації.
один з методів аналітичної хімії, за якого аналізовану сполуку перетворюють на продукт зі схожою структурою
MTBSTFA-DMF
(N-метил-N (трет-бутилдиметилсилил) трифторацетамід-диметилформамід)

Фото в анонсі: Підвітряна сторона дюни Наміб, що у кратері Ґейла, висотою близько чотирьох метрів. Це стереознімок «К'юріосіті», зіставлений зображеннями з «очей» навігаційної камери Navсam 17 грудня 2015 року / NASA