Поиск жизни за пределами Земли — это крупное научное открытие, которое имело бы огромное значение для всех областей науки и человеческой мысли. Тем не менее, прямой поиск внеземной жизни проводился только один раз.
Космический аппарат NASA Viking, который совершил посадку на Марс, провёл этот поиск летом 1976 года. Viking состоял из двух орбитальных аппаратов-близнецов и посадочных модулей, в которых были экспериментальные камеры для проведения трёх биологических экспериментов.
Результаты экспериментов Viking
За последние полвека результаты биологических экспериментов Viking были предметом многочисленных обсуждений, анализов и предположений. Сегодня учёные всё ещё обсуждают результаты этих экспериментов, пытаясь ответить на извечный вопрос о том, существует ли жизнь за пределами Земли.
Год 2025 отмечает 50 лет с момента запуска двух космических аппаратов с разницей в три недели. Эти посадочные модули совершили первые в истории человечества две успешные мягкие посадки действующих космических аппаратов на поверхность другой планеты.
Учёный, работавший над миссиями Viking
Я — специалист по атмосферным явлениям, который работал над миссиями Viking в 1970-х годах в Исследовательском центре NASA Langley, лаборатории, которая разработала и управляла успешными миссиями Viking. Научные открытия миссий Viking нарисовали новую картину атмосферы Марса, его поверхности и истории планеты.
Состав и задачи аппаратов Viking
Космический аппарат Viking состоял из орбитального аппарата и посадочного модуля. Viking 1 вышел на орбиту Марса 19 июня 1976 года и успешно приземлился на поверхность 20 июля 1976 года, что совпало с седьмой годовщиной первой высадки человека на Луну. Viking 2 последовал за ним, приземлившись 3 сентября 1976 года в районе дальше на северо-запад.
Аппараты Viking были оснащены оборудованием для фотосъёмки, картографирования тепловой энергии, ветра и погоды, изучения химического состава поверхности, пыли и атмосферы, а также для сбора и анализа образцов почвы.
Исследования атмосферы Марса
Измерения, которые провёл Viking, показали, что у Марса раньше была гораздо более плотная атмосфера, но со временем он её потерял. Также было обнаружено, что ветер поднимает крошечные частицы пыли, унося их в атмосферу. Этот процесс постоянно окрашивает небо планеты в розовый цвет.
Посадочные модули Viking также обнаружили, что атмосферное давление на поверхности Марса меняется в зависимости от сезона. На полюсах Марса летом замёрзший углекислый газ сублимирует — переходит из твёрдого состояния в газообразное, — а затем на зимнем полюсе снова превращается в твёрдое вещество.
Этот процесс, уникальный для Марса, влияет на атмосферное давление, изменяя количество углекислого газа в газообразной форме вместо твёрдой на поверхности планеты.
Биологические эксперименты Viking
Каждый из трёх биологических экспериментов Viking включал в себя взятие образца почвы с поверхности Марса в стерилизованную испытательную камеру и воздействие на образец различными питательными веществами в разных атмосферных условиях.
Исследователи хотели выяснить, содержит ли почва микроорганизмы, поэтому они отслеживали, как меняется атмосфера в камере. Метаболические процессы, такие как дыхание, при потреблении питательных веществ организмами изменяли химический состав атмосферы в камере.
В первом эксперименте, называемом экспериментом по ассимиляции углерода или экспериментом пиролитического выделения, исследователи смоделировали марсианскую атмосферу в одной из испытательных камер Viking. Они заполнили камеру газами, такими как углекислый газ и монооксид углерода, и сделали эти газы радиоактивными, чтобы увидеть, как меняется атмосфера при взаимодействии с образцом почвы.
Во втором эксперименте, эксперименте с меченым высвобождением, исследователи непосредственно ввели в образец почвы питательное вещество, содержащее радиоактивный углерод. Они отслеживали экспериментальную камеру на предмет радиоактивного углекислого газа и измеряли уровень радиоактивного углекислого газа после введения образцов почвы. В этом эксперименте исследователи увидели результаты, которые могли быть получены из биологического источника.
Третий эксперимент, эксперимент по газообмену, заполнил камеру гелием, который ни с чем не реагирует. Они подвергли почву воздействию различных типов питательных веществ. Некоторые из них инкубировались во влажных условиях, другие — в условиях повышенной влажности, а третьи — в сухих условиях.
Результаты третьего эксперимента привели исследователей к выводу, что в почве, вероятно, нет микроорганизмов. Но вместе результаты трёх экспериментов были не совсем однозначными. Только результаты эксперимента с меченым высвобождением указывали на биологический источник наблюдаемых результатов. Эксперименты по ассимиляции углерода и газообмену показали, что наблюдаемые результаты были вызваны неорганическими химическими реакциями.
Ведущие исследователи проекта пришли к выводу, что однозначного открытия жизни посадочными модулями Viking не было, но это нельзя полностью исключить.
В отличие от биологических экспериментов, которые проводились на образцах почвы, другой эксперимент Viking, молекулярно-аналитический эксперимент, непосредственно искал на поверхности Марса органические вещества. Органические материалы — это соединения углерода, связанные с водородом, кислородом или азотом, которые поступают либо непосредственно, либо косвенно от живых организмов.
К всеобщему удивлению, этот эксперимент не обнаружил никаких органических соединений на поверхности Марса. Исследователи уже давно знали, что на Марс неоднократно падали метеориты, содержащие органические материалы, на протяжении всей его истории, поэтому отсутствие таковых казалось странным.
Некоторые учёные предположили, что в марсианской почве может содержаться соединение, которое быстро превращает любой органический материал на поверхности в углекислый газ. Такое соединение могло бы испарить любые доказательства до того, как научные приборы получили бы возможность их обнаружить.
В 2008 году, спустя десятилетия после этого открытия, NASA обнаружило соединение, которое могло бы это делать. Их посадочный аппарат Phoenix обнаружил в почве высокие концентрации соединения, называемого перхлоратом. Когда перхлорат нагревается — как это было в эксперименте Viking по молекулярному анализу, — он может химически разрушать органические соединения.
Учёные выяснили, что это, скорее всего, виновник странных результатов молекулярно-аналитического эксперимента. Учёные всё ещё используют результаты этих экспериментов. Недавно Стивен А. Беннер, директор Фонда прикладной молекулярной эволюции, разработал новую модель для современной жизни на Марсе, основанную на измерениях трёх биологических экспериментов Viking.
Его модель предсказывает, что микроорганизмы могли бы использовать радиоактивный углерод в качестве питательного вещества в экспериментальной камере для создания собственной пищи, выделяя при этом радиоактивный углекислый газ. Также предполагается, что ночью микроорганизмы могли бы поглощать кислород и выделять углекислый газ. Это могло бы объяснить кислород, высвобождаемый из образца марсианской почвы при увлажнении.
Модель Беннера предполагает, что на поверхности Марса могут быть живые микроорганизмы, но для подтверждения этой интригующей возможности потребуются будущие исследования и измерения.