Состав воды в минералах, найденных на поверхности и в глубине Марса и спутников Юпитера, изучила международная российско-австрийская команда, участие в которой приняли сотрудники Новосибирского государственного университета (НГУ) и университета Вены, 14 сентября об их исследовании пишет издание СО РАН «Наука в Сибири».

Результаты проведенного учеными исследования могут стать решающими в ответе на вопрос о существовании в прошлом жизни на этих планетах. Они были представлены в статье «Кристаллография, относящаяся к Марсу и галилейским ледяным спутникам: поведение кристаллов моногидратных сульфатов типа кизерита во внеземных условиях при температуре до 15 °К», опубликованной в журнале Международного союза кристаллографов IUCrJ.

Исследование проводилось в научно-образовательном центре мирового уровня (НОЦ) «Институт химических технологий Новосибирского государственного университета — Институт катализа СО РАН». С российской стороны им руководили профессор, доктор химических наук Елена Болдырева и доктор химических наук Борис Захаров, а с австрийской — профессор Рональд Милетич.

В экспериментах изучалось поведение синтетических минералов, аналогичных существующим на поверхностях Марса и спутников Юпитера, в том числе гидратированному кизериту (MgSO₄ · n H₂O), при условиях, соответствующих ледяным спутникам Юпитера и Сатурна и сопоставимых объектам внешней Солнечной системы, а также полярным областям Марса, карликовым планетам и астероидам во внутренней Солнечной системе.

Было установлено, что наличие молекул воды, которая связывает мостиками катионы металлов и сульфат-анионы, создавая жесткую каркасную сетку в структуре минерала, поддерживает ее стабильной.

Фазовых переходов на заданном температурном интервале обнаружено не было. Это означает, что значительное сжатие структуры при сверхнизких температурах не приводит к ее разрушению и перестройке в другую фазу.

В настоящее время на Марсе и спутниках Юпитера существует сухой и холодный климат, однако ученые со всего мира выдвигают предположения, что на ранних этапах эволюции планет там была жидкая вода и плотная атмосфера.

Эти гипотезы поддерживают полученные с космических аппаратов и марсоходов фотографии, на которых на Марсе видны извилистые песчаные русла рек с множеством притоков, напоминающие земные, а на спутниках Юпитера — большие ледяные поверхности с разломами и трещинами.

Сейчас на этих планетах нет воды в жидком виде, но если она существует в составе минералов, найденных на их поверхности, это может свидетельствовать о ее существовании там в свое время в свободном виде.

Для проверки этого предположения существует два способа, первый из которых заключается во взятии пробы минералов с интересующей планеты. Второй — воссоздание условий, моделирующих среду, существующую за пределами Земли.

Марсоход Curiosity с помощью портативного дифрактометра переслал необходимую для исследования качественную и количественную информацию с поверхности планеты, включая состав почв. Однако стационарные лабораторные приборы имеют значительно большие возможности для изучения структуры и свойств различных соединений.

Поэтому команда российских и австрийских ученых пошла по второму пути.

Одним из материалов для исследований ими был выбран кизерит. Этот минерал способен отдавать и забирать молекулы воды. В ряде научных публикаций выдвигались предположения, что наличие кизерита может указывать на возможное существование воды на поверхностях Марса и спутников Юпитера в прошлом.

Ассистент кафедры химии твердого тела факультета естественных наук НГУ Никита Богданов пояснил: «При разных условиях количество молекул воды в структуре может варьироваться от одной до одиннадцати. Задача была понять, что случится с минералами в воссозданных условиях ближайшего космоса и на какие параметры можно повлиять, чтобы эти космические условия моделировать».

Такими параметрами, как выяснили экспериментаторы, оказались температура и давление. Влияние давления изучили австрийские ученые и представили результаты в более ранних публикациях. Новосибирцы же провели серию экспериментов при сверхнизких температурах — до 15 Кельвинов (~ -258 °С), которых они достигли обдувом кристалла сухим гелием.

Для изучения процессов, происходящих в минерале при сверхнизких температурах, использовался монокристальный рентгеновский дифрактометр Rigaku-Oxford Diffraction Gemini Ultra R и приставка CryoJet, которые позволили «разглядеть» структуру этих соединений.

«Устройство, которое мы используем для опытов, — рассказал Богданов, — уникально в своем роде. Помимо достижения сверхнизких температур, прибор также должен позволять собирать данные на достаточно высокой скорости».

Полученные исследователями результаты могут повлиять как на анализ и моделирование других физических свойств таких соединений, так и на интерпретацию спектроскопических данных с космических аппаратов и станций на поверхности Марса и спутников Юпитера.

Возможность создания подобных условий, продемонстрированная проведенным исследованием, очень значима, при том что лабораторий, располагающих таким специализированным оборудованием, мало не только в России, но и в мире, отмечают ученые.