|
Что метеорит рассказывает нам о воде на Марсе
|
|
|
|
Обнаружение воды там, где её сегодня нет: это стало возможным благодаря нейтронной и рентгеновской томографии. В международном исследовании, проведенном при участии Института Пауля Шеррера (PSI), исследователи обнаружили макроскопические богатые водородом области внутри марсианского метеорита. Полученные данные свидетельствуют о ранних взаимодействиях воды и горных пород на Марсе.
|
|
|
|
Красная планета не всегда была пыльной пустыней, которую мы видим сегодня. На Марсе когда-то была вода: данные орбитальных аппаратов и измерений марсоходов показывают, что жидкая вода даже текла по его поверхности, и что сегодня она существует в основном в виде химически связанного водорода, заключенного в минералах горных пород.
|
|
|
|
Однако наше понимание возраста этих водородсодержащих минералов, их расположения и концентрации всё ещё неполно. Тем не менее, такие детали имеют решающее значение для лучшего понимания ранней среды Марса и того, насколько он мог быть обитаемым в то время.
|
|
|
|
В рамках междисциплинарного сотрудничества исследовательская группа из Дании, Швеции и Швейцарии изучала наличие воды на Марсе — не на самом Марсе, а в обломке марсианской породы, выброшенном на Землю много миллионов лет назад: NWA 7034, более известном как «Черная красавица». Хотя этот марсианский метеорит не содержит жидкой воды, при взаимодействии с породой вода оставляет химические следы, такие как измененные соединения железа или гидратированные минералы. Именно эти следы исследователи хотели обнаружить внутри образца.
|
|
|
|
|
|
|
Для достижения этой цели команда объединила две взаимодополняющие методики визуализации: нейтронную и рентгеновскую томографию. Нейтронные измерения проводились на швейцарском источнике нейтронов SINQ в PSI. «Нейтроны особенно чувствительны к водороду», — объясняет ученый PSI Дэвид Маннес, который проводил нейтронную томографию в PSI вместе с Андерсом Кастнером. «В сочетании с рентгеновской томографией нам удалось не только обнаружить мельчайшие гидратированные минералы, но и впервые визуализировать более крупные, макроскопические залежи водорода».
|
|
|
|
Обогащенные водородом следы обнаружены в очень древних марсианских породах и встречаются в четко определяемых макроскопических областях. Это говорит о том, что вода реагировала с еще молодой марсианской корой на ранней стадии. Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Geophysical Research Letters.
|
|
|
|
«Черная красавица» — фрагмент Красной планеты — когда-то был выброшен в космос в результате падения метеорита на Марс и после долгого путешествия, наконец, приземлился в марокканской Сахаре. Фрагмент породы весом около 320 граммов (11 унций) содержит материал возрастом до 4,48 миллиарда лет, что делает его одним из старейших известных фрагментов марсианской коры.
|
|
|
|
Этот желанный фрагмент породы уже был подробно изучен в предыдущих исследованиях. Первоначальная оценка содержания воды в метеорите была получена путем нагревания метеорита в контролируемых условиях и анализа выделившейся воды. В последующих работах исследователи изучали микроскопические срезы, чтобы детально исследовать минералогию «Черной красавицы». Все эти исследования пришли к схожему выводу: «Черная красавица» полна воды — или, по крайней мере, содержит ее следы.
|
|
|
|
Однако одним из ограничений таких исследований является то, что они либо предоставляют только количественную информацию о содержании воды в целом, либо ограничиваются небольшими локальными участками породы. Они не показывают, как гидратированные минералы распределены по всему метеориту в целом.
|
|
|
|
Это стало отправной точкой для нового исследования: впервые международная группа объединила нейтронную и рентгеновскую томографию для неразрушающего исследования смежного участка метеорита в трех измерениях. «Участок «Черной красавицы» размером 12 х 8 х 2 миллиметра был отправлен в Швейцарию из Копенгагена посылочной службой», — вспоминает Кестнер с улыбкой. «Когда образец прибыл сюда, мы поместили его в нашу линию пучка и реконструировали его внутреннюю структуру с помощью нейтронов».
|
|
|
|
Большинство из нас знакомы с рентгеновскими лучами, которые делают в больницах: они, по сути, работают как отбрасываемая тень. Излучение проходит через объект, ослабляется или рассеивается в зависимости от материала, выходит с другой стороны и регистрируется, создавая двухмерное изображение внутренней структуры. Томография идет еще дальше: вращая объект на 360 градусов в пучке, можно полностью реконструировать его внутреннюю структуру в трех измерениях, не разрушая образец.
|
|
|
|
Рентгеновские лучи особенно хорошо подходят для выявления распределения более тяжелых элементов, таких как кремний или железо. Легкие элементы, такие как водород, напротив, обеспечивают низкий контраст в плотной породе. «Когда мы посмотрели на рентгеновскую томограмму метеорита, мы уже могли видеть множество больших «отверстий» в плотной породе», — говорит Кестнер. «Только с помощью нейтронной томографии нам наконец удалось показать, что эти отверстия не пусты, а содержат водородсодержащий материал».
|
|
|
|
Чтобы понять эти водородные сигнатуры, их необходимо сначала поместить в геологический контекст: «Черная Красавица» — это не простой однородный кусок породы, а красочное полотно из очень древних фрагментов земной коры. «В геологии мы называем это брекчией», — объясняет геолог-исследователь Марса Катрин Вульф Николасен из Копенгагенского университета, которая участвовала в исследовании в качестве соавтора и эксперта по Марсу. «Это структура, состоящая из обломков разных геологических периодов, которые были спрессованы вместе, как каменный бетон».
|
|
|
|
Сложный состав «Черной Красавицы» — результат многочисленных мощных ударных событий на Красной планете. «Подобные события вводят в систему огромное количество энергии», — говорит Вульф. «Породы из разных слоев перемешиваются, раздробляются, частично плавятся и снова смешиваются». Позднее столкновение в конечном итоге передало брекчии достаточно энергии, чтобы преодолеть гравитационное поле Марса и начать ее движение к Земле.
|
|
|
|
То, что упало в марокканскую Сахару как «Черная красавица», представляет собой своего рода геологическую капсулу времени, содержащую материал из разных эпох марсианской коры, включая самые древние известные нам образцы горных пород с Красной планеты. «Используя два наших метода анализа, мы обнаружили, что следы гидратированных минералов распределены неравномерно по всему образцу, а образуют концентрированные макроскопические очаги», — говорит геолог. «Эти очаги встречаются в основном в фрагментах древних горных пород — на них приходится около 11% от общего содержания воды в исследованном образце».
|
|
|
|
Это говорит о том, что вода должна была присутствовать на Марсе очень рано в истории планеты. В результате высокоэнергетических геологических процессов, таких как вулканическая активность или ударные события, эта вода могла вступать в реакцию с породой и сохраняться в виде гидратированных минералов. «Мы также наблюдаем подобные процессы на Земле», — говорит Вульф.
|
|
|
|
Таким образом, исследование не только дает новые представления о ранней истории Марса, но и представляет собой методологический прорыв: впервые водород в марсианских породах был картирован в трехмерном и неразрушающем режиме. Хотя исследованный участок имел размеры всего 12 х 8 х 2 миллиметра, тот же метод может быть применен к более крупным образцам — и может сыграть важную роль в будущем, когда образцы горных пород с миссий на Марс или другие небесные тела будут доставлены на Землю.
|
|
|
|
«Мы будем готовы», — говорит Маннес. «В PSI у нас есть вся необходимая инфраструктура — от нейтронной томографии на швейцарском источнике нейтронов SINQ до высокоразрешающей рентгеновской томографии на швейцарском источнике синхротронного излучения SLS».
|
|
|
|
Источник
|
