В песках марокканской Сахары был найден посланник из глубокого прошлого Солнечной системы — метеорит NWA 7034, известный под названием «Черная красавица». Этот кусок марсианской коры весом около 320 граммов когда-то был выброшен в космос мощным ударом астероида, пролетел миллионы километров и упал на Землю. Теперь он стал главным свидетелем того, что на Марсе некогда плескались реки.
Красная планета сегодня выглядит как безжизненная пыльная пустыня. Однако данные орбитальных зондов подтверждают: миллиарды лет назад по её поверхности текли настоящие реки. Сегодня эта влага скрыта внутри минералов в виде химически связанного водорода. Понять, где именно прячется эта вода и насколько она стара, — ключевая задача для тех, кто ищет следы жизни за пределами Земли.
Взгляд сквозь камень
Чтобы увидеть невидимое, международная команда физиков из Дании, Швеции и Швейцарии применила редкий дуэт инструментов: рентгеновскую и нейтронную томографию. Образец размером всего 12 на 8 на 2 миллиметра бережно доставили в Институт Пауля Шеррера (PSI).
«Нейтроны особенно чувствительны к водороду», — поясняет физик PSI Дэвид Маннес. Рентгеновские лучи отлично видят тяжелые элементы вроде железа или кремния, но проходят сквозь легкий водород почти беспрепятственно, оставляя лишь темные пятна пустот на снимках. Нейтроны же сработали иначе: они подсветили те самые «дыры» в плотной породе, доказав, что это не пустота, а зоны, насыщенные водородом.
Так ученым удалось впервые получить трехмерную карту распределения влаги внутри реального марсианского камня неразрушающим методом. Ранее исследователи могли только нагревать образцы целиком, сжигая их, либо изучать тонкие срезы под микроскопом. Это давало лишь сухие цифры общего объема воды, но не показывало, как именно она распределена внутри породы.
Кредит: By NASA - http://www.nasa.gov/images/content/716969main_black_beauty_full.jpg, Public Domain, commons.wikimedia.org
Геологическая мозаика
«Чёрная красавица» — это не цельный булыжник, а настоящая геологическая брекчия. В геологии так называют «каменный бетон» — породу, состоящую из обломков разных эпох, которые были спаяны воедино мощными ударами метеоритов. Как отмечает марсианский геолог Катрин Вульф Николайсен из Копенгагенского университета, такие столкновения вносят колоссальную энергию в систему. Породы плавились, перемешивались и дробились. Именно этот хаос позволил фрагменту древней коры преодолеть притяжение Марса и отправиться в путь к Земле.
Используя два метода визуализации, команда обнаружила нечто интересное. Гидратированные следы распределены неравномерно. Они образуют четкие макроскопические скопления — своего рода «горячие точки». Эти древние фрагменты составляют около 11% от общего запаса воды в образце. Это прямое доказательство того, что вода вступала в реакцию с молодой марсианской корой еще на заре истории планеты, формируя гидратированные минералы.
Методологический прорыв
Дэвид Маннес подчеркивает важность сочетания двух типов излучения. Только вместе они дали полную картину: рентген показал твердый каркас камня, а нейтроны — скрытую внутри него воду.
Хотя изученный участок крошечен, сам подход имеет огромное значение для будущего. Когда автоматические миссии начнут привозить грунт с Марса на Землю, планетологам потребуются способы изучать его, не распиливая каждый грамм в пыль. Данная технология позволяет картировать водород в 3D-формате.
По мнению авторов, понимание того, как вода взаимодействовала с корой миллиарды лет назад, поможет лучше планировать будущие пилотируемые миссии. Ведь если мы хотим добывать воду на Марсе для питья или производства топлива, нам нужно точно знать, где искать эти древние залежи водорода.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Изображение на обложке: 3D-рендеринг метеоритов и обломков. Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
