Знаходження життя на інших планетах стало б вагомим науковим відкриттям, що мало б суттєвий вплив на всі галузі науки та людське мислення. Проте, лише одне пряме дослідження інопланетного життя було проведене до сьогодні.
Космічний апарат NASA «Вікінг», який приземлився на Марсі, проводив це дослідження влітку 1976 року. Апарати «Вікінг» складалися з двох однакових орбітальних станцій та спускаємого модуля, оснащених експериментальними камерами для проведення трьох біологічних експериментів.
Протягом останніх півстоліття дані, зібрані під час біологічних експериментів «Вікінга», стали предметом численних обговорень, аналізів і спекуляцій. Сьогодні вчені продовжують обговорювати результати цих експериментів, намагаючись дати відповідь на давнє питання про наявність життя за межами Землі.
2025 рік відзначає 50-річчя з моменту запуску двох космічних апаратів, які були запущені з інтервалом у три тижні. Ці апарати стали першими, які здійснили успішні м’які посадки на поверхню іншої планети.
Я – вчений в галузі атмосферних наук, який працював над місіями «Вікінг» у 1970-х роках в Центрі досліджень NASA Ланглі, лабораторії, що розробила та керувала цими успішними місіями. Наукові відкриття місій «Вікінг» змінили наші уявлення про атмосферу, поверхню та історію Марса.
Запуск і приземлення космічних апаратів «Вікінг»
Обидва космічні апарати «Вікінг» складалися з орбітера та спускаючого модуля. «Вікінг 1» увійшов на орбіту Марса 19 червня 1976 року та успішно приземлився на поверхню 20 липня 1976 року, що також стало сьомою річницею першої посадки людини на Місяць. «Вікінг 2» приземлився 3 вересня 1976 року в місці, розташованому далі на північний захід.
«Вікінг» не лише шукав життя. Ці апарати мали обладнання для фотографування, картографування теплової енергії, вітру та погоди, вивчення хімічного складу поверхні, пилу та атмосфери, а також збору та аналізу зразків ґрунту.
Вимірювання, проведені «Вікінгом», свідчили про те, що колись на Марсі існувала набагато щільніша атмосфера, але з часом вона була втрачена. Також було зафіксовано, що вітер піднімає дрібні частинки пилу, забруднюючи атмосферу й надаючи планеті постійного рожевого кольору.
Спускаючі модулі «Вікінг» також виявили, що тиск атмосфери на Марсі варіює залежно від сезону. Планета має заморожені полюси, як і Земля. У літній час на марсіанських полюсах заморожений вуглекислий газ сублимує – перетворюючись з твердого на газоподібний стан, а восени знову конденсується в твердий стан.
Цей процес унікальний для Марса і впливає на атмосферний тиск, змінюючи кількість вуглекислого газу у газоподібному стані на поверхні планети.
Біологічні експерименти
Кожен з трьох біологічних експериментів «Вікінга» брав зразок ґрунту з марсіанської поверхні і поміщав його в стерильну пробірку, де зразок піддавався дії різних живильних речовин в різних атмосферних умовах.
Дослідники прагнули з’ясувати, чи містить ґрунт мікроорганізми, моніторячи, як змінювалася атмосфера в камері. Метаболічні процеси, такі як дихання, від організмів, які споживали поживні речовини, змінювали хімічний склад атмосфери камери.
В різних експериментах живильна речовина містила вуглець, вуглекислий газ або оксид вуглецю – всі ці речовини були радіоактивними. За допомогою радіоактивних зразків дослідники могли відстежувати рівень радіоактивності в камері, щоб дізнатися, чи метаболічні реакції у зразках ґрунту підвищують чи знижують її.
У всіх трьох експериментах дослідники могли на відстані подати команди для підігріву тестової камери, яка залишалася всередині «Вікінга» на Марсі. Це знищувало потенційні мікроорганізми в ґрунті й зупиняло виробництво будь-яких газів, які вони могли утворювати.
Під час першого експерименту, відомого як експеримент карбонового асиміляції, дослідники імітували марсіанську атмосферу в одній з камери «Вікінга». На заповненій газами, такими як вуглекислий газ і оксид вуглецю, радіоактивні гази, вчені спостерігали за змінами атмосфери в результаті взаємодії з ґрунтом.
У другому експерименті, відомому як експеримент з поміченими вивільненнями, дослідники безпосередньо вводили в ґрунтовий зразок поживну речовину з радіоактивним вуглецем. Вони контролювали камеру для радіоактивного вуглекислого газу й вимірювали його рівень після введення зразків ґрунту. У цьому експерименті були отримані результати, які могли бути викликані біологічним джерелом.
Третій експеримент, експеримент з газообміном, заповнив камеру гелиєм, який не реагує з нічим. Ґрунт піддавався дії різних типів живильних речовин, що інкубувалися у вологих, вологих та сухих умовах.
Знову ж таки, вчені спостерігали за камерою на предмет потенційно метаболічно вироблених газів. Коли ґрунтові зразки контактували з вологою, це викликало зміни в хімічній атмосфері камери. Більшість з цих змін були спричинені випаровуванням води.
У одному випадку супероксиди в ґрунті, які є молекулами O₂ з додатковим електроном, реагували з водою. Інші зміни були пов’язані з розпадом молекул кисню в ґрунті. Всі ці фактори змінювали атмосферу в камері, але ймовірно не були викликані мікроорганізмами.
Дослідники повторили цей експеримент, відновивши атмосферу в камері й додавши свіжі живильні речовини, але не змінюючи зразок ґрунту. Цього разу ґрунт вивільнив лише вуглекислий газ, що, швидше за все, походив від органічних матеріалів у живильному речовині, які розпадалися.
Результати третього експерименту призвели до висновку, що в ґрунті, ймовірно, не було мікроорганізмів. Але результати трьох експериментів не були однозначними.
Тільки результати експерименту з поміченими вивільненнями свідчили про можливе біологічне джерело. Експеримент з асиміляцією вуглецю та експеримент з газообміном вказували на те, що спостережувані результати могли бути зумовлені небіологічними або неорганічними хімічними реакціями.
Головні дослідники проекту дійшли висновку, що спостереження життя не було чітко визначено з результатів «Вікінга», але це не можна повністю виключити.
Експеримент з молекулярного аналізу
На відміну від біологічних експериментів, які проводилися на зразках ґрунту, ще один експеримент «Вікінга», експеримент молекулярного аналізу, безпосередньо досліджував поверхню Марса на предмет наявності органічних речовин. Органічні матеріали – це сполуки вуглецю, зв’язані з воднем, киснем або азотом, що походять безпосередньо або опосередковано з живих організмів.
Дослідники були здивовані, що цей експеримент не виявив жодних органічних сполук на поверхні Марса. Вчені вже знали, що шматки метеоритів, що містили органічні матеріали, неодноразово падали на Марс протягом його історії, тож не знайти нічого здавалося дивним.
Деякі вчені висунули гіпотезу, що марсіанський ґрунт може містити сполуку, яка швидко перетворює будь-які органічні речовини на поверхні на вуглекислий газ. Подібна сполука могла б знищити будь-які докази до того, як наукові інструменти мали можливість їх виявити.
У 2008 році, через десятиліття після цього відкриття, NASA виявила сполуку, яка, можливо, робить саме це. Їх марсохід «Фенікс» виявив високі концентрації сполуки під назвою перхлорат у ґрунті.
Коли перхлорат нагрівається (як це сталося під час експерименту з молекулярного аналізу «Вікінга»), він може хімічно знищувати органічні сполуки, і вчені вважають, що це, мабуть, є причиною дивного результату молекулярного аналізу.
Нова модель для життя на Марсі
Науковці досі використовують результати цих експериментів. Нещодавно Стівен А. Беннер, директор Фонду прикладної молекулярної еволюції, розробив нову модель для сучасного життя на Марсі, спираючись на вимірювання трьох біологічних експериментів «Вікінга».
Його модель передбачає, що мікроорганізми могли використовувати радіоактивний вуглецевий живильник у камері експерименту для створення власної їжі, вивільняючи при цьому радіоактивний вуглекислий газ. Також вказує, що вночі мікроорганізми можуть абсорбувати кисень та вивільняти вуглекислий газ. Це могло б пояснити вивільнення кисню з марсіанського ґрунтового зразка під час зволоження.
Модель Беннера вказує на можливість наявності живих мікроорганізмів на поверхні Марса, але майбутні дослідження та вимірювання повинні підтвердити цю дуже цікаву можливість.