Почему заржавел Марс?

Иллюстрация Петра Перевезенцева

То, что Марс красный, видно невооруженным глазом. Еще древние египтяне дали Марсу название «Красный», а вавилоняне называли Марс «Звездой смерти» из-за его кровавого цвета. У древних римлян цвет далекой планеты тоже ассоциировался с кровью, отчего она получила имя в честь бога войны Марса.

Что же придает Марсу ржаво-красный цвет? Поскольку кора Марса состоит в основном из базальтовых пород, его поверхность на самом деле должна была выглядеть темно-серой, как, например, у Луны. Однако общепринятая теория предполагает, что из-за выветривания порода окрасилась в красный цвет.

Давно ясно, что за это должна отвечать какая-то форма оксида железа. Но вопрос — какая именно? Действительно, железо в изобилии присутствует в марсианских породах, и оно могло окислиться, заржаветь. Однако оксидов железа много, они разные и образуются в разных условиях. Так какой же из них отвечает за красный цвет планеты?

Согласно общепринятой теории, очень мелкая пыль Марса состоит в основном из гематита или маггемита, магнетитоподобного минерала. Эти негидратированные оксиды железа образовались в марсианской пыли в результате длительного окисления и выветривания на безводной поверхности. Согласно этой теории, ржавчина образовалась в течение миллиардов лет в холодную засушливую эру Красной планеты, которая продолжается и по сей день.

Однако спектральные данные с нескольких космических зондов и телескопов дали намек, что красная марсианская пыль может содержать и гидроксильные группы. С этим надо было разобраться.

Ученые взялись за экспериментальную интерпретацию спектральных данных, которые получили с различных орбитальных аппаратов Марса, а также марсоходов. Они решили в лаборатории, в смоделированных марсианских условиях подобрать те оксиды железа, которые дадут аналогичные спектральные отпечатки. Исследователи смешали с базальтовой породой гематит и другие «сухие» оксиды, для образования которых не нужна вода, а также гидратированный минерал оксида железа ферригидрит. Причем все частицы были измельчены до субмикронных размеров. Уж если пыль — так пыль.

Оказалось, что гематит и другие «сухие» оксиды железа не соответствуют спектральным данным, полученным от космических аппаратов. Наиболее подходящей оказалась смесь базальта и гидроксида железа ферригидрита (Fe₅O₈H · nH₂O). Похоже, что слабо кристаллизованный гидратированный ферригидрит присутствует повсюду в марсианской пыли и, вероятно, в горных породах.

Справедливости ради надо сказать, что ферригидрит как причина красного цвета Марса — идея не новая. Но прежде этого никто однозначно не доказывал. Теперь исследователи выяснили, что базальтовая пыль с поверхности Марса должна быть смешана с ферригидритом (20–33% по массе), чтобы получить соответствующие спектральные характеристики. Кроме того, в пыли может содержаться небольшое количество сульфатов.

Итак, природа марсианской ржавчины установлена. И это новое знание может нас далеко завести, потому что проливает свет на условия ее образования. Гематит, который раньше считали источником красного цвета Марса, может образовываться в течение длительных периодов времени даже в сухих условиях. А вот ферригидрит образуется относительно быстро, причем только в присутствии холодной воды. Это говорит о том, что когда-то на Марсе повсюду была вода, и было это около трех миллиардов лет назад. Так что Марс заржавел раньше, чем мы думали.

Теперь ученые с нетерпением ждут образцы, собранные марсоходом НАСА Perseverance на Марсе, которые планируется доставить на Землю. И вот уж тогда в прямом, а не модельном эксперименте можно будет выяснить, сколько ферригидрита содержится в марсианской пыли и что это означает для нашего понимания истории воды, а значит — и возможности жизни на Марсе (Nature Communications).