Современная научная фантастика возникла как отклик на научно-технический прогресс. Значение научной основы фантастического произведения трудно переоценить. Потому багаж накопленного цивилизацией знания, научные открытия и фундаментальные исследования так интересны читателям качественной фантастики.
В этой рубрике мы будем рады видеть новости технологий, научно-полярные статьи, рецензии на научно-популярные книги.
Тематика колонки охватывает точные, гуманитарные, естественные науки и изучение космоса — любую тему, которую автор собирается затронуть в ракурсе фантастики.
Ваши статьи должны заинтересовать лаборантов, а потому необходимо, чтобы они отвечали минимальным требованиям: проверяемость и изложение на доступном языке.
И еще. Тут не публикуют то, что можно прочитать в учебнике. Ваш материал должен рассказывать о научных новинках или малоизвестных фактах.
Марсоход NASA «Кьюриосити» обнаружил самые крупные органические молекулы на Марсе
24 марта 2025
Исследователи, анализирующие измельчённую породу на борту марсохода NASA «Кьюриосити», обнаружили на Красной планете самые крупные органические соединения на сегодняшний день. Это открытие, опубликованное в понедельник в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, позволяет предположить, что пребиотическая химия на Марсе могла развиваться дальше, чем считалось ранее.
Ученые исследовали образец породы, взятый в мини-лаборатории Curiosity для анализа образцов на Марсе (SAM), и обнаружили молекулы декана, ундекана и додекана. Считается, что эти соединения, состоящие из 10, 11 и 12 атомов углерода соответственно, являются фрагментами жирных кислот, сохранившихся в образце. Жирные кислоты входят в число органических молекул, которые на Земле являются химическими строительными блоками жизни.
Живые организмы вырабатывают жирные кислоты, которые помогают формировать клеточные мембраны и выполнять различные другие функции. Но жирные кислоты могут вырабатываться и без участия живых организмов в результате химических реакций, вызванных различными геологическими процессами, в т. ч. взаимодействием воды с минералами в гидротермальных источниках.
Хотя невозможно подтвердить источник обнаруженных молекул, их обнаружение воодушевляет научную команду Curiosity по нескольким причинам.
Ранее учёные с помощью Curiosity обнаружили на Марсе небольшие простые органические молекулы, но обнаружение этих более крупных соединений стало первым доказательством того, что органическая химия достигла уровня сложности, необходимого для зарождения жизни на Марсе.
На изображении показан марсоход с роботизированной рукой и различными инструментами, видимыми на каменистой красновато-коричневой поверхности. На заднем плане — бесплодный ландшафт с разбросанными камнями и холмами под туманным небом. Слева на изображении наложена полупрозрачная панель с заголовком «Крупные органические соединения на Марсе», написанным жирным чёрным шрифтом. Под заголовком показаны три молекулярные цепи, состоящие из чёрных сфер, представляющих атомы углерода, и белых сфер, представляющих атомы водорода. Надписи указывают на «углерод» как на чёрные сферы и на «водород» как на белые сферы. На фоне панели появляется слабое круглое размытие.
На этом рисунке показаны органические молекулы с длинной цепью декан, ундекан и додекан. Это самые крупные органические молекулы, обнаруженные на Марсе на сегодняшний день. Они были обнаружены в пробуренном образце породы под названием “Камберленд”, который был проанализирован в лаборатории анализа образцов Mars lab в брюхе марсохода Curiosity НАСА. Марсоход, селфи которого находится в правой части изображения, исследует кратер Гейл с 2012 г. На фоне молекулярных цепочек едва различимо изображение скважины Камберленд.
Новое исследование также повышает вероятность того, что крупные органические молекулы, которые могут образовываться только в присутствии жизни и известны как «биосигнатуры», могут сохраниться на Марсе, что развеивает опасения, что такие соединения разрушаются после десятков миллионов лет воздействия интенсивной радиации и окисления.
По словам учёных, это открытие открывает перспективы для планов по доставке образцов с Марса на Землю для их анализа с помощью самых современных инструментов, доступных здесь.
«Наше исследование доказывает, что даже сегодня, анализируя образцы с Марса, мы могли бы обнаружить химические следы прошлой жизни, если она когда-либо существовала на Марсе», — сказала Каролин Фрейсине, ведущий автор исследования и научный сотрудник Французского национального центра научных исследований в Лаборатории атмосферы и космических наблюдений в Гианкуре, Франция.
В 2015 г. Фрейссине возглавил команду, которая впервые убедительно идентифицировала марсианские органические молекулы в том же образце, который использовался в текущем исследовании. Образец под названием «Камберленд» неоднократно анализировался с помощью SAM с использованием различных методов.
Марсоход «Кьюриосити» НАСА пробурил скалу «Камберленд» в 279-й марсианский день, или сол, работы марсохода на Марсе (19 мая 2013 г.) и собрал порошкообразный образец материала из недр скалы. С помощью камеры Mars Hand Lens Imager (MAHLI), установленной на манипуляторе марсохода, «Кьюриосити» сделал этот снимок отверстия в Камберленде в тот же день, когда оно было просверлено. Диаметр отверстия составляет около 0,6 дюйма (1,6 см). Глубина отверстия составляет около 2,6 дюйма (6,6 см).
В мае 2013 г. марсоход «Кьюриосити» пробурил образец «Камберленд» в районе «Йеллоунайф-Бей» в кратере Гейл на Марсе. Ученые были настолько заинтригованы «Йеллоунайф-Бей», которая выглядела как дно древнего озера, что отправили туда марсоход, прежде чем направиться в противоположную сторону к своей основной цели — горе Шарп, которая возвышается над дном кратера.
Обход стоил того: оказалось, что Камберленд изобилует интригующими химическими подсказками о 3,7-миллиардном прошлом кратера Гейл. Ранее учёные обнаружили, что образец богат глинистыми минералами, которые образуются в воде. В нём много серы, которая может способствовать сохранению органических молекул. В Камберленде также много нитратов, которые на Земле необходимы для здоровья растений и животных, и метана, образующегося из углерода, который на Земле связан с биологическими процессами.
Пожалуй, самое важное, что учёные установили: в заливе Йеллоунайф действительно находилось древнее озеро, в котором могли концентрироваться органические молекулы и сохраняться в мелкозернистых осадочных породах, называемых аргиллитами.
«Есть свидетельства того, что жидкая вода существовала в кратере Гейл в течение миллионов лет и, вероятно, гораздо дольше, а это значит, что в этих условиях в кратере-озере на Марсе было достаточно времени для химических процессов, необходимых для зарождения жизни», — сказал Дэниел Глэйвин, старший научный сотрудник по возвращению образцов в Центр космических полётов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и соавтор исследования.
Недавнее открытие органических соединений стало побочным эффектом не связанного с этим эксперимента по поиску в Камберленде признаков аминокислот, которые являются строительными блоками белков. После двукратного нагревания образца в печи SAM и последующего измерения массы высвободившихся молекул команда не обнаружила признаков аминокислот. Но они заметили, что образец высвободил небольшое количество декана, ундеканона и додекана.
Поскольку эти соединения могли отделиться от более крупных молекул во время нагревания, учёные пошли от обратного, чтобы выяснить, из каких структур они могли образоваться. Они предположили, что эти молекулы были остатками жирных кислот: ундекановой, додекановой и тридекановой соответственно.
Ученые проверили свое предположение в лаборатории, смешав ундекановую кислоту с глиной, похожей на марсианскую, и проведя эксперимент, похожий на SAM. После нагревания ундекановая кислота, как и предполагалось, выделила декан. Затем исследователи обратились к экспериментам, уже опубликованным другими учеными, чтобы показать, что ундекан мог отделиться от додекановой кислоты, а додекан – от тридекановой кислоты.
Авторы обнаружили в своём исследовании ещё одну интригующую деталь, связанную с количеством атомов углерода, из которых состоят предполагаемые жирные кислоты в образце. Основой каждой жирной кислоты является длинная прямая цепь из 11-13 атомов углерода, в зависимости от молекулы. Примечательно, что в результате небиологических процессов обычно образуются более короткие жирные кислоты, содержащие менее 12 атомов углерода.
По словам учёных, возможно, что в образце из Камберленда содержатся жирные кислоты с более длинными цепями, но SAM не предназначен для обнаружения более длинных цепочек.
По словам учёных, в конечном счёте существует предел того, что они могут узнать с помощью инструментов для поиска молекул, которые можно отправить на Марс. «Мы готовы сделать следующий большой шаг и привезти образцы с Марса в наши лаборатории, чтобы разрешить спор о жизни на Марсе», — сказал Глэйвин.
Это исследование финансировалось Программой исследования Марса НАСА. Миссией научной лаборатории Curiosity на Марсе руководит Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии; JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом для НАСА. SAM (Sample Analysis at Mars) был построен и протестирован в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. CNES (Французское космическое агентство) профинансировало и предоставило подсистему газового хроматографа на SAM. Чарльз Малеспин – главный исследователь СЭМА.
Этот ровер – большое достижение американской инженерной мысли и космонавтики. (О других марсоходах и их достижениях поговорим в другой раз.) Как анонсирует НАСА, «марсоход Curiosity многое рассказал нам об истории Марса и его потенциале для поддержания жизни».
В декабре 2012 г. двухлетняя миссия Curiosity была продлена на неопределенный срок. 6 августа 2022 г. был опубликован подробный обзор достижений марсохода Curiosity за последние десять лет. Марсоход по-прежнему работает, и по состоянию на 30 марта 2025 г. Curiosity находится на Марсе уже 4495 сол (4619 полных дней; 12 лет 236 дней) с момента посадки.
«Кьюриосити», участвовавший в миссии «Марсианская научная лаборатория» НАСА, был самым большим и функциональным марсоходом, когда-либо отправленным на Марс. Он был запущен в 2011 г. «Кьюриосити» должен был ответить на вопрос: существовали ли на Марсе когда-либо подходящие условия для жизни мелких форм жизни, называемых микробами? В начале своей миссии научные инструменты «Кьюриосити» обнаружили химические и минеральные свидетельства того, что в прошлом на Марсе была пригодная для жизни среда. Он продолжает изучать горные породы, образовавшиеся в то время, когда на Марсе могла существовать микробная жизнь.
Запуск / Посадка 26 ноября 2011 / 6 августа 2012
Цель: Определить, был ли Марс когда- либо способен поддерживать микробную жизнь
Место посадки: Кратер Гейл
«Кьюриосити» исследует кратер Гейла и берёт образцы горных пород, почвы и воздуха для анализа на борту. Марсоход размером с автомобиль по высоте примерно соответствует баскетболисту и использует руку длиной 2,1 метра, чтобы подносить инструменты к камням, выбранным для изучения. Большой размер «Кьюриосити» позволяет ему перевозить усовершенствованный набор из 10 научных инструментов. В его арсенале 17 камер, лазер для испарения и изучения небольших участков камней на расстоянии, а также дрель для сбора порошкообразных образцов горных пород. Он охотится за особыми камнями, которые образовались в воде и/или имеют признаки органического происхождения.
Марсоход NASA «Кьюриосити» собрал 42 образца измельчённой породы с помощью бура на конце своей роботизированной руки. На этой сетке показаны все 42 отверстия, сделанные буром при сборе образцов.
Наука
С помощью научных инструментов Curiosity были обнаружены химические и минеральные свидетельства того, что в прошлом на Марсе была пригодная для жизни среда. Он продолжает изучать горные породы того времени, когда на Марсе могла существовать микробная жизнь.
Обзор
Посадившись в кратере Гейл, научная лаборатория Mars Science Laboratory оценивает, существовала ли на Марсе когда-либо среда, способная поддерживать микробную жизнь. Определение того, была ли Красная планета пригодной для жизни в прошлом, позволяет НАСА и научному сообществу лучше понять, могла ли жизнь существовать на Красной планете, и если могла, то где её искать в будущем.
Марсоход Curiosity, принадлежащий НАСА, использовал свои чёрно-белые навигационные камеры для съёмки панорамы этой сцены в два разных времени суток. К комбинации обеих панорамы были добавлены синий, оранжевый и зелёный цвета для художественной интерпретации сцены.
Цели
Чтобы внести свой вклад в достижение четырёх научных целей исследования Марса и выполнить свою конкретную задачу по определению пригодности Марса для жизни, «Любопытство» преследует следующие научные цели:
Биологические цели
Геологические и геохимические задачи
Цели планетарного процесса
Цель поверхностного излучения
Биологические цели
1. Определить природу и количество органических соединений углерода
2. Определить количество химических элементов, из которых состоит жизнь (углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера)
3. Определить признаки, которые могут указывать на воздействие биологических процессов
Примерно через год после начала миссии на поверхности Марса, когда стало ясно, что древний Марс мог быть пригоден для жизни микроорганизмов, цели миссии MSL изменились и стали включать разработку прогностических моделей процесса сохранения органических соединений и биомолекул. Эта область палеонтологии называется тафономией. Регион, который он должен исследовать, сравнивают с регионом Четырех углов на западе Северной Америки.
Основные научные моменты
За более чем десять лет исследований «Кьюриосити» нашёл ответы на некоторые из самых сложных вопросов науки о Марсе. Это:
Свидетельства стойкого присутствия жидкой воды в прошлом
Марс – подходящий дом для Жизни
Органический углерод, обнаруженный в породах Марса
Присутствующий и активный метан в атмосфере Марса
Радиация может представлять опасность для здоровья людей
Более плотная атмосфера и больше воды в прошлом на Марсе
Исследовательские работы Curiosity
Curiosity находит свидетельства существования постоянной жидкой воды в прошлом
Сразу после посадки «Кьюриосити» обнаружил гладкие округлые камешки, которые, вероятно, катились вниз по течению по крайней мере несколько миль в реке, глубина которой составляла от лодыжек до бёдер. Когда «Кьюриосити» достиг горы Шарп, команда обнаружила, что более 300 метров скальной породы изначально образовались из ила на дне нескольких неглубоких озёр. Реки и озёра существовали в кратере Гейла, возможно, миллион лет или даже больше.
Марс – подходящий дом для Жизни
Марсоход «Кьюриосити» обнаружил, что химический состав древнего Марса был подходящим для поддержания жизни микробов. «Кьюриосити» обнаружил серу, азот, кислород, фосфор и углерод – ключевые ингредиенты, необходимые для жизни, – в образце породы, взятом из «Овечьего загона» в заливе Йеллоунайф. В образце также обнаружены глинистые минералы и не слишком много соли, что говорит о том, что когда-то там текла пресная, возможно, пригодная для питья вода.
Органический углерод, обнаруженный в породах Марса
Органические молекулы – это строительные блоки жизни, и они были обнаружены на Марсе после долгих поисков с помощью прибора Sample Analysis at Mars (SAM) в нескольких образцах, взятых с горы Шарп и окружающих равнин. Это открытие не обязательно означает, что на Марсе когда-то или сейчас есть жизнь, но оно показывает, что в какой-то момент там существовали необходимые для зарождения жизни вещества. Это также означает, что древние органические материалы могут сохраниться, чтобы мы могли распознать и изучить их сегодня.
Присутствующий и активный метан в атмосфере Марса
Перестраиваемый лазерный спектрометр в составе прибора SAM обнаружил сезонное изменение фонового уровня атмосферного метана и зафиксировал десятикратное увеличение концентрации метана в течение двух месяцев. Обнаружение метана вызывает интерес, поскольку он может вырабатываться живыми организмами или в результате химических реакций между породой и водой, например. Какой процесс вырабатывает метан на Марсе? Что вызвало кратковременное и внезапное увеличение концентрации?
Радиация может представлять опасность для здоровья людей
Во время своего путешествия на Марс Curiosity столкнулась с уровнями радиации, которые превысили бы установленный НАСА лимит для карьеры астронавтов, если бы их не экранировали. Прибор для оценки радиации (RAD) Curiosity обнаружил, что две формы излучения представляют потенциальный риск для здоровья астронавтов в глубоком космосе. Один из них – галактические космические лучи (GCRs), частицы, вызванные взрывами сверхновых и другими высокоэнергетическими событиями за пределами Солнечной системы. Другой – частицы солнечной энергии (SEP), связанные с солнечными вспышками и выбросами корональной массы с солнца. NASA будет использовать данные Curiosity для разработки миссий, которые будут безопасными для исследователей-людей.
Более плотная атмосфера и больше воды в прошлом на Марсе
Набор инструментов SAM обнаружил, что нынешняя атмосфера Марса обогащена более тяжёлыми формами (изотопами) водорода, углерода и аргона. Эти измерения показывают, что Марс потерял большую часть своей первоначальной атмосферы и запасов воды. Эта потеря произошла из-за выхода в космос через верхние слои атмосферы – процесс, который в настоящее время наблюдает орбитальный аппарат MAVEN.
***
С учетом инфляции стоимость жизненного цикла Curiosity в долларах 2020 г. составляет $3,2 млрд. Для сравнения, стоимость жизненного цикла марсохода Perseverance 2021 г. составляет $2,9 млрд.
***
Компьютеры: Два идентичных бортовых компьютера Rover, называемых Rover Compute Element (RCE), содержат защищенную от радиации память, которая выдерживает экстремальное излучение из космоса и защищает от циклов отключения питания. Компьютеры работают под управлением операционной системы реального времени VxWorks (RTOS). Память каждого компьютера включает 256 килобайт (КБ) EEPROM, 256 мегабайт (МБ) динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) и 2 гигабайта (ГБ) флэш-памяти. Для сравнения, марсоходы использовали 3 МБ EEPROM, 128 МБ DRAM и 256 МБ флэш-памяти.
***
CheMin – это прибор для рентгеновской дифракции порошка и флуоресцентной спектроскопии в области химии и минералогии. CheMin – один из четырёх спектрометров. Он может определять и количественно оценивать содержание минералов на Марсе. Он был разработан Дэвидом Блейком в Исследовательском центре Эймса НАСА и Лаборатории реактивного движения и в 2013 г. получил награду «Лучшее изобретение года» от правительства НАСА.
Марсоход может брать образцы горных пород, и полученный мелкий порошок засыпается в прибор через трубку для образцов, расположенную в верхней части аппарата. Затем на порошок направляется пучок рентгеновских лучей, и кристаллическая структура минералов отклоняет его под характерными углами, что позволяет учёным идентифицировать анализируемые минералы.
17 октября 2012 г. в «Рокнесте» был проведен первый рентгеноструктурный анализ марсианского реголита. Результаты выявили присутствие нескольких минералов, включая полевой шпат, пироксены и оливин, и предположили, что марсианский реголит в образце был похож на "выветрившиеся базальтовые почвы" гавайских вулканов. Образцовая тефра из гавайского шлакового конуса была добыта для создания имитатора марсианского реголита, который исследователи могут использовать с 1998 г.
***
Набор инструментов SAM анализирует органические вещества и газы как в атмосфере, так и в твёрдых образцах. Эти приборы выполняют точные измерения соотношения кислорода и углерода изотопов в углекислом газе (CO2) и метане (CH4) в атмосфере, чтобы определить их геохимическое или биологическое происхождение.
***
Марсоход оснащен роботизированной рукой длиной 2,1 м (6 футов 11 дюймов) с крестообразной турелью, вмещающей пять устройств, которые могут вращаться с диапазоном поворота 350 °. Рука использует три сустава, чтобы вытягивать ее вперед и снова укладывать во время движения. Его масса составляет 30 кг (66 фунтов), а диаметр, включая установленные на нём инструменты, — около 60 см (24 дюйма).
***
13 августа 2012 г. президент США Барак Обама, звоня с борта номер один, чтобы поздравить команду Curiosity, сказал: «Вы, ребята, являетесь примером американского ноу-хау и изобретательности. Это действительно потрясающее достижение».
***
6 августа 2013 г. «Кьюриосити» впервые на другой планете исполнил песню «С днём рождения тебя» в честь первого года с момента посадки на Марс. Это также был первый случай передачи музыки между двумя планетами.
***
24 июня 2014 г. «Кьюриосити» завершил марсианский год – 687 земных дней – после того, как обнаружил, что на Марсе когда-то были условия окружающей среды, благоприятные для микробной жизни. «Кьюриосити» послужил основой для разработки марсохода «Персеверанс» для миссии «Марс-2020». Некоторые запасные части, использованные при сборке и наземных испытаниях Curiosity, применяются в новом аппарате, но он будет оснащён другим набором инструментов.
облако тэгов
