Mechaniczni uczeni na Marsie cz. 3

Fabularyzowana historia misji marsjańskich.

PRZYLOT NA MARSA.

Curiosity gnał przez kosmiczne pustkowie w absolutnej ciszy i samotności. Choć Ziemia została daleko w tyle, pomimo olbrzymiej prędkości lotu, Mars wciąż pozostawał taki sam, jak z perspektywy Ziemianina zadzierającego głowę w górę: daleki i nieosiągalny. Czas niemiłosiernie się dłużył. Co robić w takich chwilach? Mechaniczny popadł w letarg.

W końcu jednak dotarł na miejsce, wszedł w atmosferę i zaczerwienił się od tarcia. Mars nie pozwolił jednak na taki przypływ namiętności i szybko ostudził ją swą ujemną temperaturą. Gdy wreszcie szczęśliwie osiadł na marsjańskiej ziemi, z uśmiechem na ustach wziął głęboki oddech i już miał powiedzieć coś odpowiedniego na tę chwilę, lecz zamiast tego zakaszlał ze cztery razy i jeszcze do tego zaklął soczyście. Jako bytowi mechanicznemu nie przeszkadza mu oddychanie dwutlenkiem węgla ze szczyptą azotu i argonu - bo z tego się składa marsjańskie powietrze (w maleńkim procencie zawiera też ślady innych pierwiastków, np. tlenu) - lecz nie przewidział tak potwornego drapania w gardle. Trzeba bowiem wiedzieć, że marsjańskie powietrze jest nieziemsko zapylone. Ziemianie, mimo intensywnego wysiłku, mimo wkładania w to całego swojego serca, nawet w swych najbardziej uprzemysłowionych i najgęściej zaludnionych miastach nie są w stanie osiągnąć choćby połowy zapylenia, jakie posiada Mars.

Mechaniczny uczony inaczej jest zbudowany, niż uczony organiczny. Nie ma otworu gębowo-oddechowego ani nie potrzebuje oddychać, by żyć. Ma jednak dyszę wlotową prowadzącą do analizatora próbek SAM (Sample Analysis at Mars), na które to ustrojstwo składają się chromatograf gazowy (zob. Wikipedia), spektrometr masowy (zob. Wikipedia) oraz spektrometr laserowy (zob. na stronie NASA). Same w sobie są już skomplikowanymi mechanizmami, ale tutaj razem współtworzą bardzo zaawansowane urządzenie diagnostyczne, mogące być dumą techniki Ziemian. Przy czym cel funkcjonowania tego ustrojstwa jest jednak prosty: ocena, z czego się składa badana rzecz. Jakie są w niej związki chemiczne, jakie pierwiastki.

Mechaniczny uczony liczył też, że dzięki SAM wywącha w marsjańskim powietrzu metan (CH₄). Związek ten, jeden z najprostszych węglowodorów, może powstawać w procesach geologicznych, ale może mieć też rodowód biologiczny. Mianowicie, na Ziemi jest on znajdywany tam, gdzie ropa naftowa i węgiel, jako produkt rozkładu resztek organicznych pradawnych roślin i zwierząt. Z kolei w ziemskiej atmosferze dużą część metanu wytwarza bydło, puszczając bąki po procesie trawienia. Jest on także produkowany przez drobnoustroje. Tak czy inaczej, jego obecność w ziemskiej atmosferze jest przede wszystkim wynikiem życia na niebieskiej planecie. Zatem gdyby metan był obecny na czerwonej planecie... mógłby być jakimś wskaźnikiem tamtejszego życia, jakiś drobnoustrojów chociażby.

Ale metanem zajmować się tu nie będziemy. Należy zapamiętać jedynie tyle, że to ustrojstwo SAM to przede wszystkim owy piec, wspominany w poprzednich częściach tego tekstu, w którym pali się próbki, aby badać ich opary.

Ryc. 15.
Widok roziągający się z miejsca lądowania.
(2012-08-09, 05:01:36 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Curiosity na miejsce lądowania wybrał krater Gale o średnicy 154 km, który powstał - jak się podejrzewa - od uderzenia meteorytu 3,8 mld lat temu (powiedzmy, że 4) - w każdym razie bardzo, bardzo wcześnie w historii Marsa (zob. Wikipedia). W środku krateru znajduje się wzniesienie Aureolis Mons (albo góra Sharpa), z wysokością 5,5 km licząc od podstawy. Krater ten wzbudził zainteresowanie dla tego, że do jego brzegu prowadził rów, który wewnątrz krateru przeradzał się w coś przypominającego znane z Ziemi stożki napływowe. Stożki takie są trójkątne w kształcie i są zaschniętym kondensatem osadów naniesionych przez rzekę w miejscu, w którym niegdyś przepływała. Zatem czy kiedyś do krateru Gale dopływała woda a w samym kraterze było jezioro? Lądując na Marsie, mechaniczny uczony celował właśnie w tenże stożek napływowy. Wylądował trochę za nim, bliżej środka krateru.

MARSJAŃSKIE ZLEPIEŃCE.

Tak więc gdy już wylądował, gdy już zakaszlał po próbce marsjańskiego powietrza, wysunął w górę kamery masztowe i rozejrzał się. Pamiętając, że lądujący Phoenix odkrył taflę lodu po tym, jak wydmuchał silnikami hamującymi sporo piachu spod swoich nóg, Curiosity skierował swoje kamery w dół. Jego dysze wylotowe silników hamujących tak samo wymiotły piach leżący na litym gruncie. Czy też w ten sposób dokona jakiegoś odkrycia? Pośród nagiego podłoża, ubitego niczym gęsta glina, z ziemi wychodziła wierzchnia część jakiejś większej skały.

Ryc. 16.
Wychodnia odsłonięta mechanicznie przy lądowaniu (Goulburn Scour).
(2012-08-09, 05:27:18 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

— Ożesz! — Zawołał mechaniczny. — Ledwo wylądowałem i już coś odkryłem! Czy to szczęśliwy traf? — Zapyał sam siebie. — Ależ skąd, jak po prostu jestem tak dobry!

Zasadniczo rzecz biorąc skały są wytworem związków chemicznych, które stwardniały na skutek wieloletniego oddziaływania otoczenia we właściwy sposób (np. temperatura, ciśnienie). Jedne skały są wytworem magmy i wulkanu, ale inne są wytworem wód i wiatru – te nazywamy skałami osadowymi. Mechaniczny uczony odkrył pod swoimi nogami marsjańską skałę osadową. Znalezisko tworzyła zwarta gromada płaskich, zaokrąglonych kamyczków o małych i jeszcze mniejszych rozmiarach, zbitych razem w jeden twór geologiczny. Wyglądało to tak, jak poczciwe zlepieńce otoczaków i jakiegoś lepiszcza. Zrodzenie takiej skały nie mogła wyjaśnić praca wulkanu, wiatru sypiącego piachem, ani upadek meteorytu. Taki twór mogła wyjaśnić jedynie praca mniejszych, bądź większych mas wody.

Ciekawe, że na Marsie panują ujemne temperatury i znajdująca się tu woda może na powierzchni występować wyłącznie w stanie ciała stałego, lodu. Panuje też niskie ciśnienie, na tyle niskie, że ów lód może sublimować, a więc od razu zmieniać się w parę wodną, a nie w ciecz. Tymczasem do wytworzenia takich skał - na jakie natknął się mechaniczny lądując w pobliżu czegoś, co przypominało pradawny stożek napływowy - woda musiała być ciekła, musiała płynąć i to przez dłuższy czas, dłuższy niż dzień, miesiąc czy kilka lat. Tym samym Mars nie mógł być od początku piaszczystą, mroźną pustynią - światem, jaki znamy dziś - kiedyś musiał mieć inny klimat, inne temperatury, inne ciśnienia. Musiał być zupełnie innym światem. A odkrycie mechanicznego było tego najlepszym dowodem. (Zob. artykuł Williams i wsp. 2013).

Mechaniczny uczony przez kolejne dni kręcił się po okolicy i nie odpuszczał żadnemu kamieniowi. Po 27 dniach pobytu na Marsie, w terenie oddalonym od miejsca lądowania o jakieś 50 m, jak też i później, w 39 dobie misji, w terenie oddalonym gdzieś o drugie tyle, też napotkał podobne odkrywki. Wszystkie te znaleziska miały to do siebie, że przypominały typowe ziemskie konglomeraty osadowe. W dodatku w tych miejscach walały się też pojedyncze kamyczki, jakby z tej skałki wyrwane erozją. Wszystkie małe, płaskie, cienkie i dobrze zaokrąglone. Można byłoby je podnosić jeden po drugim i puszczać nimi kaczki po tafli jeziora, jeżeli jakieś by się tu tylko znajdowało. Mechaniczny oznaczył te miejsca na mapie kanadyjskimi terminami geograficznymi: Goulburn Scour, Link i Hottah.

Ryc. 17.
Druga odkrywka skały osadowej (Link).
(2012-09-02, 19:38:17 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ryc. 18.
Trzecia odkrywka skały osadowej (Hottah).
(2012-09-15, 03:22:05 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ryc. 19.
Jeszcze jeden rzut oka na odkrywkę w trzecim miejscu (Hottah).
(2012-09-15, 03:25:15 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

DZIECI WULKANÓW.

Mechaniczny uczony wolno i ostrożnie poruszał się naprzód, oddalając się od miejsca lądowania, rozglądając się bacznie dookoła. Kamieni leżało tu całe mrowie, a wiele z nich miało ostro zakończone krawędzie. W takich warunkach ciężko się przemieszczać, łatwo uszkodzić obuwie i mechaniczne stopy, na dodatek ciekawskie oko musiało koniecznie przyglądnąć się wszystkiemu, co tylko w zasięgu oka się znalazło. Nad jednym z kamieni pochylił się i zbadał go za pomocą posiadanych instrumentów.

— No proszę! — Powiedział sam do siebie. — Zrobiłem kilka kroków i już odkryłem coś nowego! Co prawda zbadany przeze mnie kamień ma pochodzenie bezsprzecznie wulkaniczne, zaś odkrycie jest małej wagi, ale przecież też się liczy!

Skały nie będące osadowymi geolodzy zwykli dzielić na trzy kategorie: skały zasadowe (mające mało krzemionki), obojętne (mające krzemionki w sam raz) i kwaśne, kwasowe (mające krzemionki za dużo). Czym jest krzemionka? To po prostu tlenek krzemu, kwarc (zob. Wikipedia). Mechaniczny wybadał, że interesujący go kamień jest słabo nasączony krzemionką, ale za to silnie jest nasączony alkaliami (zob. Wikipedia). Uruchomił bazdy danych z raportami swoich poprzedników. Szybko ustalił, że większość przebadanych przez nich marsjańskich kamieni miała odwrotne proporcje, to znaczy były to kamienie silnie nasączone krzemionką, słabo zaś alkaliami.

Przez procesory mechanicznego przepłynęły setki impulsów. Już porównywał te informacje z bazą danych ziemskich geologów. Wyszło mu, że podczas gdy kamienie badane przez poprzedników przypominały ziemskie andezyty i andezyty bazaltowe, to jego kamień, zbadany przed chwilą, bardziej był podobny do fonotefrytów, tefrynolitów i mugaerytów. Zrozumiał, że zbadany przed chwilą kamień to okruszek z jakiejś magmy zasadowej, który wykrystalizował się w wysokiej temperaturze, dość wcześnie w procesie stygnięcia tej magmy, może nawet wyrzutek z wulkanu, ale kto to wie? (zob. art. Stolper i wsp, 2013).

Mechaniczny otworzył kanał radiowy z Ziemią.
— Znalazłem marsjański mugaeryt! Zanlazłem marsjański mugaeryt! — Radośnie wykrzyczał, po czym ruszył dalej, dumny z siebie i uśmiechnięty. Jakieś 11 minut później, gdy fale radiowe dotarły do Ziemi, organiczni uczeni odebrali jego raport. Zapanowała konsternacja. Zaczęli się rozglądać po sobie.
— Co on znalazł?
— Co to do cholery jest mugaeryt?
— Trzeba było wysłać coś o inteligencji kuchenki mikrofalowej, nie byłby taki nadęty!

Ryc. 20.
Marsjańskie kamienie mijane po drodze.
(2012-09-27, 08:25:18 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ryc. 21.
Więcej kamieni mijanych po dordze (Rocknest).
(2012-09-28, 15.25.08 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ryc. 22.
Po takim terenie ciężko się przemieszczać.
(2012-10-01, 18.47.15 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Ryc. 23.
Erozja pastwi się nad marsjańskimi kamieniami niemiłosiernie.
(2012-10-02, 19.07.00 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

MARSJAŃSKI PIASEK.

Mechaniczny w pewnym momencie zauważył, że wędruje po wysuszonej marsjańskiej pustyni a przygląda się i bada same kamienie. Przecież dookoła jest ogrom piachu! Piach też warto zbadać. Tym bardziej, kiedy jest się uczonym. Piach pokrywający Marsa – a formalnie rzecz biorąc, regolit (zob. Wikipedia) - to też skała, tylko starta na proch. Wynik wietrzenia, erozji powodowanej wiatrem, który dmuchając w litą skałę rozkrusza ją i wydłubuje mniejsze jej fragmenty. Zatrzymał się więc, wyciągnął swe mechaniczne ramię dzierżące małą łopatkę i zabrał się za nabieranie piasku. Wtem kątem oka zauważył, że coś się w piasku błyszczy!

Ryc. 24.
Tajemniczy paproch.
(PIA16230 © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

— Na wszystkie śrubki! — Zawołał przestraszony. — Czy ja się już sypię? Czy to kawałek mnie samego? — Niestety, nie potrafił na to pytanie odpowiedzieć.

Gdzieś w otchłani jego tranzystorowego mózgu szeptała jednak myśl, że to ktoś inny tu naśmiecił. Na piasku dookoła nie było jednak żadnych śladów tego, kto mógłby tędy wcześniej wędrować i śmiecić. Gdyby wichury sypiące piachem zasypały ślady, to zasypałyby i ów paproch, a wówczas mechaniczny z pewnością by go nie dostrzegł, jak sobie leży na piasku. Pomyślał jednak, że może było to coś, co odpadło z elementów zabezpieczających go podczas lądowania. Tak usiłował się pocieszać. W końcu gdy lądował, w użyciu był spadochron, jak też kabina, w której przebywał, musiała odrzucić luk, aby mógł się wydostać z lądownika i wyjść na planetę. Sporo skomplikowanych czynności, z których każda mogła się wiązać z nieprzewidzianym wcześniej śmieceniem paprochami.

Mechaniczny nie byłby uczonym, gdyby pozwolił się pochłonąć zamartwianiu. To ciekawość nieznanego pchnęła go w kosmos, a nie troska o paprochy, jakie mogłyby się z niego wysypać. Uznawszy, że na lękotwórcze troski najlepsza jest racjonalna robota zajmująca uwagę, powrócił do zbierania i badania piachu.

Skały, jak to już wspomniano, to związki chemiczne, które stwardniały dzięki odpowiednim warunkom otoczenia. Jeżeli związki te stwardniały tak, że ich atomy ułożyły się w uporządkowany i powtarzający się schemat przestrzenny, mówimy o kryształach i minerałach. Jednak procesy wytwarzające skały nie zawsze kończą się pełną krystalizacją. Wówczas nie mówimy już o minerałach, ale o materiale niekrystalicznym, amorficznym. Dlaczego o tym jest tutaj mowa? Dla tego, że związki chemiczne mogą się dobierać w bardzo wiele form, stąd też mamy bardzo wiele przeróżnych minerałów i ich grup. A one mają różne dziwne nazwy. Zaraz będzie się można o tym przekonać.

Badany piasek mechaniczny uczony przefiltrował przez sito, aby pozyskać najdrobniejsze kawałki. Te zaś wsadził do swojego oceniacza próbek SAM, aby je spalić i zbadać opary. Analiza pokazała, że piach marsjański w połowie składa się z minerałów a w połowie z materiału amorficznego. Materiały krystaliczne to skalenie (w szczególności plagioklazy), pirokseny (w szczególności augit i bogaty w żelazo pigeonit) i oliwin (w szczególności forsteryt). Z wyjątkiem anhydrytu i hematytu – których obecność mechaniczny także wykrył – wspomniane minerały wydają się mieć pochodzenie bazaltowe. Bazalt to typowa na Ziemi zasadowa skała wulkaniczna, zbudowana z plagioklazów i piroksenów, niekiedy z mniejszymi bądź większymi skupiskami oliwinów. (Zob. na Wikipedii: plagioklazy, augit, pigeonit (ang), forsteryt, anhydryt, hematyt).

Mechaniczny porównał swoje wyniki z raportami swoich poprzedników (bracia MER) i stwierdził wiele podobieństw. Skład materiału krystalicznego marsjańskiego piachu wydawał się być podobny w wielu różnych miejscach, w których mechaniczni mieli okazję go badać bezpośrednio. Aby piasek mógł pozyskać podobny skład w różnych miejscach, na Marsie od dawna musiałyby wiać silne wiatry mocno erodujące tą samą bazaltową skałę, aby wydobyć z niej okruszki i rozwiać je wszędzie. Ewentualnie piach mógł być wytwarzany bardziej loaklnie, tylko że w wielu miejscach na Marsie - a przynajmniej w tych, które dotychczas odwiedzili mechaniczni - marsjański bazalt musiałby mieć podobny skład. Ta koncepcja wydała się mechanicznemu bliższa, bowiem skład amorficznej części piasku był nieco odmienny w różnich miejscach, w jakich mechaniczni pobierali próbki. W tym przypadku nasz bohater wybadał, że amorficzna, niekrystaliczna część piasku bogata jest w żelazo (w postaci tlenków FeO + Fe₂O₃, stanowiących nawet 23% zawartości materiału amorficznego) a uboga w krzemionkę. Palona w piecu SAM uwolniła - w kolejności od największej do mniejszej ilości - wodę, dwutlenek siarki, dwutlenek węgla oraz tlen (zob. artykuł Blake i wsp. 2013).

MARSJAŃSKIE NADCHLORANY.

Niestety, Curiosity był zmuszony poinformować Ziemian, że w badanych próbkach najprawdopodobniej wykrył obecność nadchloranów. Ponieważ wcześniej wykrył je już Phoenix, wykrycie ich przez Curiosity sugeruje, że są one obecne w różnych miejscach na Marsie - są pospolite - a nie występują jedynie tam, gdzie był Phoenix.

Ryc. 25.
Wyniki palenia w piecu SAM.
Opary tlenu przy takiej a nie innej temperaturze mogą pochodzić z dekompozycji nadchloranów, np. Ca(ClO₄)₂.
(Multimedia NASA #4913 © NASA/JPL-Caltech/GSFC)

Tutaj dygresja: co to jest jon? Atomy są elektrycznie obojętne, ponieważ zawierają tyle samo dodatnie naładowanych protonów w jądrze, co ujemnie naładowanych elektronów, kręcących się wokół jądra. Ale bywa, że atom posiada więcej bądź mniej elektronów, niż ma w jądrze protonów. Wówczas staje się elektrycznie naładowany i taki atom nazywamy jonem. Podobnie rzecz się ma w stosunku do cząsteczek chemicznych, one również mogą mieć nadmiar bądź niedobór elektronów, tracąc swą pierwotną neutralność elektryczną. To zaś może wpływać na stopień reaktywności takich cząsteczek, bowiem łączenie się atomów i cząsteczek z innymi atomami i cząsteczkami (krótko mówiąc: chemia) to kwestia elektronów, zwłaszcza tego, czy najdalej od jądra jest ich w sam raz, czy może za mało lub za dużo. Po co jednak wspominam o jonach? Zaraz się okaże.

Nadchlorany to związki chemiczne zawierające jon ClO₄⁻. Nadchlorany najczęściej występują w postaci soli. Na Ziemi niewielkie ich ilości występują naturalnie w glebie i w powietrzu, ale na skutek wymyślenia przez człowieka przemysłu, ich ilość jest większa ponad to, co wytworzy sama natura. Jest ich coraz więcej w glebie i w wodzie w związku z powszechnym stosowaniem niektórych nawozów, ale również w związku z działalnością inną niż rolnictwo. Ziemianie produkują takie związki celem wytworzenia materiałów wybuchowych, pirotechnicznych innego rodzaju, jako utleniacze do paliwa rakietowego, ale także używają ich przy przy pakowaniu żywności, co nie napawa radością. Są to bowiem związki toksyczne. Skażenie nimi środowiska jest problemem; przynajmniej niektóre kraje i instytucje międzynarodowe uruchomiły już procedury badania skali tego problemu i poszukiwania sposobów uporania się z nim. (Np. Unia Europejska domaga się monitorowania poziomu nadchloranów w żywności; zobacz dokument).

Na Marsie tymczasem, gdyby wsadzić próbkę gleby zawierającą związki organiczne i nadchlorany do pieca takiego jak SAM, można by nie wykryć związków organicznych, ponieważ w wyższej temperaturze nadchlorany zniszczyłyby je; z uwagi na swą znaczną reaktywność. Byłoby wówczas bardzo trudno ocenić, co się spaliło. Z drugiej jednak strony, gdyby organiczni Ziemianie wylądowali na Marsie, mogliby teoretycznie użyć nadchloranów do produkcji paliwa rakietowego, jak również do produkcji tlenu. W końcu tlen jest jednym z głównych budulców nadchloranów.

Co ciekawe, związki te łatwo rozpuszczają się w wodzie, zapobiegając jej zamarzaniu w temperaturze poniżej zera (ale tylko do pewnej granicy, mniej więcej do jakiś -70°C. Poniżej tej wartości nawet solanka pełna nadchloranów w końcu zamarznie). Zatem tam, gdzie na Marsie jest w miarę ciepło (choć wciąż poniżej zera), taka solanka mogłaby się rozmrozić z lodu w ciecz. Taka hipoteza tłumaczyłaby – poprzez okresowe wypływy - drążenie nowych żelbów na stokach kraterów. Takie zjawiska od czasu do czasu potrafi wypatrzeć któryś z mechanicznych orbitujących wokół Marsa. (Zob. strona NASA).

Curiosity zadumał się nad obecnością nadchloranów na Marsie. Atmosferę Marsa – inaczej niż Ziemi – bez przeszkód penetrują zarówno promienie kosmiczne, jak i pełna skala promieni słonecznych, które docierają do gruntu i wnikają w niego. Pełna skala promieni słonecznych (jakiej na Ziemi się nie uświadczy) to nie tylko światło widzialne, ale i promieniowanie ultrafioletowe (UV). Promienie UV mają tyle energii, aby wzbudzić nadchlorany do reakcji ze znajdującymi się wokół nich innymi związkami, np. organicznymi, co rozkłada zarówno jedne, jak i drugie. Zatem – tak rozumował mechaniczny – nadchlorany obecne w glebie raczej nie pochodzą z prastarej epoki marsjańskiej, bo przecież do dzisiejszego czasu uległyby już rozłożeniu przez promienie UV.

Wymyślił, że nadchlorany mogą być produktem nowoczesnego Marsa, tego zimnego, wysuszonego, w którym duża woda istnieje w formie lodowców (aczkolwiek może z tych lodowców od czasu do czasu gwałtownie się uwalniać). O takim Marsie geolodzy mówią, że to jego okres amazoński, sięgający wstecz maksymalnie do 3 mld lat, ale nie dalej. Tylko co „nowe” związki chemiczne robią w „starych” skałach i kamieniach? No cóż, solanki mogły przenikać przez szczeliny skał i kamieni powodując odkładanie się tam nadchloranów. A może związki te pokazują skażenie Marsa paliwem rakietowym, kiedy dawni mieszkańcy opuszczali wysychającą i zamarzającą planetę? Może zasoby nadchloranów są odnawiane w glebie i skałach, to znaczy istnieje jakiś mechanizm, który je nieustannie produkuje? No cóż, jak to w nauce bywa, rozstrzygnięcie ciekawych kwestii zawsze wymaga dalszych badań (zob. artykuł Martin i wsp. 2020).

ŻÓŁTY NÓŻ I IZOTOPY.

Mechaniczny w końcu dotarł do obszaru, jaki nazwał Yellowknife Bay. Dwa angielskie słowa yellow knife to po polsku "żółty nóż", ale zapisane łącznie i z dużej litery (Yellowknife) tworzą nazwę ważnego miasta na północy Kanady. Natomiast Yellowknife Bay to nazwa zatoki, przy której znajduje się owo miasto. W takiej postaci raczej się tej nazwy nie tłumaczy i stosuje w oryginale, ale w tytule tego ustępu można było zastosować wyjątek, aby przykuć uwagę czytelników. Mechaniczny uczony w tym właśnie miejscu znalazł kolejne świadectwa, że dawno, bardzo dawno temu na Marsie była płynna woda. Znalazł tam mułowce – skały osadowe będące stwardniałym, skamieniałym mułem. I najpewniej tworzyły dno jeziora w kraterze Gale.

Ryc. 26.
Fragment Yellowknife Bay.
(2012-12-24, 17.09.51 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Czas na kolejną dygresję. Atomy mają w swych jądrach zarówno protony, jak i neutrony (z wyjątkiem wodoru, którego jądro atomowe to jeden proton). Liczba protonów determinuje, jaki to pierwiastek. Atom z jednym protonem to wodór, z dwoma protonami to hel, z trzema protonami to lit, z czterema - beryl, z pięcioma - bor, z sześcioma - węgiel itd. Liczba neutronów nie ma na to wpływu, stąd może być różna w atomie danego pierwiastka. Atomy mające tyle samo protonów, ale różną ilość neutronów, nazywamy izotopami. W efekcie każdy pierwiastek może występować w różnych formach izotopowych, zależnie od liczby neutronów. Weźmy dla przykładu tlen: ¹⁶O (czyli tlen-16) ma 8 neutronów, ¹⁷O ma 9 neutronów, ¹⁸O ma 10 neutronów. Jedne izotopy są stabilne w czasie, jak wszystkie wspomniane powyżej trzy izotopy tlenu. Inne jednak nie są stabilne i po pewnym czasie rozpadają się. Dokładniej mówiąc, jądro niestabilnego izotopu przemienia się w jądro innego pierwiastka (przykładowo wodór staje się helem). Efektem takiej przemiany jest emisja cząstek, promieniowania, stąd o niestabilnych izotopach mówimy, że są promieniotwórcze.

Weźmy jakiś przykład. Wcześniej zostało wspomniane, że typowy wodór ¹H ma jądro bez neutronów, jądrem tym jest pojedynczy proton. Ale istnieją też takie wersje jąder wodoru, które zbudowane są z jednego protonu i jednego neutronu (²H, deuter), jak też z jednego protonu i dwóch neutronów (³H, tryt). Zwykły wodór i deuter są izotopami stabilnymi, ale tryt jest izotopem niestabilnym. Po pewnym czasie przemienia się w izotop helu ³He (jądro takiego helu to dwa protony i jeden neutron; to izotop stabilny, ale rzadko spotykany). Jak szybko tryt przemienia się w ³He? Jeżeli mówimy o pojedynczym jądrze, to odpowiedź jest prosta: nie wiadomo. Wiadomo natomiast, jeśli mamy wiele, wiele jąder trytu. Mówimy wówczas o okresie połowicznego rozpadu wynoszącym 13 lat z hakiem. Oznacza to, że mając próbkę trytu w słoiku, po 13 latach połowa tej próbki będzie już zamieniona w ³He. Różne izotopy mają różne czasy połowicznego rozpadu, od ułamkowych części sekundy po tysiące lat.

Dlaczego o tym tutaj piszę? Dlatego, że w momencie tworzenia się skały, do jej budulców należą nie tylko stabilne izotopy pierwiastków, ale i te niestabilne. Te zaś, jak to zostało już wyjaśnione, rozpadają się wraz z czasem, przemieniając się w jakieś inne pierwiastki. Stąd w skale, wraz z upływem czasu, ubywa pierwotnych izotopów promieniotwórczych, a przybywa produktów ich rozpadu. Po co to wiedzieć? Co z tym możemy zrobić? Sprytny uczony może to wykorzystać, aby określić, jak stara jest dana skała.

Mechaniczny postanowił datować interesujący go mułowiec. Aby to uczynić, znalazł izotop skałotwórczy o długim okresie połowicznego rozpadu i policzył, ile go w próbce zostało, a ile pojawiło się tego nowego pierwiastka, w jaki ów izotop się przemienia. (Technicznie rzecz biorąc, mechaniczny posłużył się metodą K/Ar, zob. Wikipedia). Po przeprowadzeniu pomiarów doszedł do wniosku, że - uwzględniając błąd pomiaru - wiek zbadanej skały wynosi od 3,86 do 4,56 mld lat. Powiedzmy sobie tutaj, na nasze potrzeby, w uproszczeniu, że mułowiec liczy sobie po prostu 4 mld lat.

To całkiem sporo, nieprawdaż? Szacujemy obecnie, że wiek Układu Słonecznego to jakieś 4,6 miliardów lat. To wtedy powstało Słońce i planety z zapadającej się grawitacyjnie kosmicznej chmury gazu (zob. Wikipedia). Niezwykłym jest to, że tak niewyobrażalnie stara skała, która powstała niedługo po utworzeniu się Układu Słonecznego, leży sobie ot tak, na powierzchni planety. Jest na wyciągnięcie ręki. Gdybyśmy tam byli, moglibyśmy sobie na niej usiąść i zagrać w karty. Tymczasem na Ziemi raczej nie usiądziemy sobie na tak starej skale. Organicznym trudno to pojąć, bo ich życie jest zbyt krótkie, aby obserwować powolnie postępujące zmiany geologiczne, procesy górotwórcze, nie wspominając już o wędrowaniu kontynentów, ich łączeniu się i ponownym rozłączaniu. Na Ziemi skały się przemieszczają, przemieniają i ciężko znaleźć coś, co ma 4 mld lat. Tymczasem na Marsie takie pierwotne skały wystają sobie na powierzchni, jakby nigdy nic, jakby nic więcej się już nie wydarzyło od czasu, kiedy powstały te 4 mld lat temu. Gdyby mechaniczny uczony miał głowę i rękę, pewnie teraz by się drapał po głowie.

Postanowił sprawdzić, czy aby na pewno tak jest, że nic się więcej nie działo, odkąd skała została utworzona. A mówiąc dokładniej, postanowił sprawdzić, od jak dawna ta skała wystaje z gruntu. Czy faktycznie od 4 mld lat, czy może jednak krócej. W tym celu mechaniczny policzył ilość izotopów, jakie nie występują w przyrodzie ot tak, lecz które są pochodną promieniowania kosmicznego. Wysokoenergetyczne fotony gamma, cząstki alfa i protony, które nieustannie padają na powierzchnię Marsa, powodują przemiany jądrowe w atomach Marsa tak, że atomy te przemieniają się w izotopy innych pierwiastków. Mechaniczny takie izotopy policzył i doszedł do wniosku, że nie jest ich dużo. Z tego wynika, że badana skała przez większość czasu musiała być zakryta. Przez większość czasu od swego utworzenia skała ta musiała pozostawać w głębi gruntu, gdzie nie sięgały kosmiczne promienie. Jej odsłonięcie i wystawienie na oddziaływanie promieniowania kosmicznego nastąpiło - uwzględniając błąd pomiaru - dopiero gdzieś od 108 do 48 mln lat temu (zob. artykuł Farley i wsp. 2014). Powiedzmy sobie tutaj, na nasze potrzeby, w uproszczeniu, że mułowiec został odsłonięty jakieś 78 mln lat temu.

Zatem co to się tu działo? Co sprawiło, że mułowiec wytworzony 4 mld lat temu na dnie jeziora, pozostawał zakryty dla kosmicznych promieni przez kolejne miliardy lat, aby 78 mln lat temu odsłonić się i być skałą wystającą z gruntu, już podatną na promieniowanie docierające na Marsa z kosmosu? Mechaniczny zastnawiał się. Oczami wyobraźni widział, jak bazalt utworzony początkowo jest później rzeźbiony przez napływającą do krateru wodę. Nanosi ona żwir, tworzy zlepieńce i mułowce. Potem ma miejsce globalna katastrofa klimatyczna i Mars wysycha, staje się piaszczystą pustynią znaną dziś. Co się wydarzyło w kraterze Gale po zmianie klimatu? Czy woda wypełniająca krater zamarzła i ów lód przez miliardy lat zasłaniał mułowiec, aż w końcu 78 mln lat temu wysublimował odsłaniając dno? A może woda znikła wraz ze zmianą klimatu a dno jeziora leżało zasypane tonami piasku, aż został on te 78 mln lat temu rozwiany? Ale niby jak miał zostać rozwiany? Potężną wichurą? A może przez startujące stąd rakiety, zabierające dawnych mieszkańców Marsa w bardziej żyzny świat, przy okazji skażając glebę nadchloranami z paliwa rakietowego? Czy kiedykolwiek mechaniczny znajdzie wskazówki, pozwalające dokładniej ocenić, co to się tu wydarzyło?

DNO JEZIORA.

Mechaniczny postanowił zbadać dokładniej ten mułowiec. Chwycił spektrometr rentgenowski cząstek alfa (Alpha Particle X-ray Spectrometer, APXS – zob. Wikipedia), wyciągnął ramię do skały i przyłożył do niej to urządzenie. Po naciśnięciu spustu, skała została zasypana cząstkami alfa. W zbombardowanych tak atomach rezydujących w skale, elektrony uskoczyły na powłoki odleglejsze od jądra atomowego, ale po krótkiej chwili powróciły na swoje właściwe miejsca i przystąpiły do kontrataku: wyemitowały fotony w zakresie promieniowania elektromagnetycznego rentgenowskiego. Mechaniczny uczony oczywiście tylko na to czekał, swym spektrometrem wyłapywał te fotony i dokonał analizy. W ten sposób uzyskał dane sugerujące, że ważnym minerałem mułowca jest smektyt i plagioklaz (zob. artykuł Vaniman i wsp. 2014).

Czym jest smektyt? To minerał ilasty, który powstaje w wyniku przekształcenia skały pierwotnej pod wpływem wody. Skała pierwotna zwykle jest produktem magmy, wylewu wulkanicznego, a obecność wody powoduje, że skała ta wietrzeje chemicznie i zmienia się w inną. W tym przypadku miało miejsce uwodnienie glinokrzemianów - woda w glinokrzemianach zastąpiła tlenki wodorotlenkami (zob. Wikipedia). Czym jest plagioklaz? Wzmianka o tym minerale pojawiła się już wcześniej, przy okazji omawiania marsjańskiego piasku. Tutaj wystarczy powiedzieć, że to po prostu rodzaj skaleni - glinokrzemianów. Typowe plagioklazy składają się z glinu (Al), krzemu (Si), tlenu (O) oraz z jeszcze jednego składnika, może pod pewnym względem najistotniejszego - z sodu (Na) lub wapnia (Ca). Stąd można powiedzieć, że to skalenie sodowo-wapniowe (zob. Wikipedia).

Ryc. 27.
Fragment Yellowknife Bay, właśnie ów mułowiec, w którym mechaniczny postanowił wiercić. Stanowisko John Klein.
(2012-12-24, 23.22.10 UTC Curiosity Raw Images © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Mechaniczny nie spoczął jednak na tych analizach. Wywiercił w tej skale dziury, aby pobrać próbki. Nazwy kodowe wierceń: John Klein oraz Cumberland. To, co zostało wywiercone i zmielone w pył, mechaniczny uczony nabrał łopatką i umieścił w tym swoim ustrojstwie SAM.

Jeżeli chcesz zobaczyć panoramę Yellowknife Bay, kliknij tutaj, aby otworzyć obrazek będący mozaiką wielu zdjęć i/lub tutaj, aby otworzyć ten sam obrazek, ale z adnotacjami i wskazaniem miejsc odwiertów (zob. ang. Wikipedia).

Próbki mułowca załadowane były do pieca SAM, zatem w wysokiej temperaturze uwalniały oczywiście swoje lotne związki, pośród których najbardziej liczną reprezentację miała para wodna. Pojawiły się także: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, tlen, wodór, siarkowodór, chlorowodór, tlenek azotu, związki zawierające wspólnie chlor, węgiel i wodór, jak też w mniejszej ilości inne związki chemiczne. To, przy jakich temperaturach uwalniała się para wodna sugerowało m.in. obecność smektytu w badanej próbce. Zatem kolejne ważne potwierdzenie, że skałą jest mułowiec.

Ilość tlenu uwolniona z próbki Cumberland była 8 razy większa, niż z próbki John Klein. W obu przypadkach sposób uwalniania tlenu wskazywał również, że w próbkach znajdują się sole nadchloranowe. Co ciekawe, przy paleniu próbki John Klein mechaniczny zaobserwował, że wraz z upływem czasu, ilość rejestrowanego tlenu zamiast najpierw rosnąć, potem maleć, miała dwa szczyty, dwa maksima. To zaś można było wyjaśnić spaleniem się materiału organicznego! Ale - jak to w takich badaniach bywa - możliwe były też inne interpretacje.

Następnie mechaniczny zebrał te dane do kupy, aby ostatecznie ponazywać minerały, jakie znajdywały się w próbkach (pomijając smektyt): skalenie (plagioklazy), pirokseny i oliwiny, ale też magnetyt (zob. Wikipedia), anhydryt (zob. Wikipedia), minerały siarczanu wapnia (bassanite), siarczki, materiał amorficzny (zob. artykuł Ming i wsp. 2014).

CZY MECHANICZNY ODKRYŁ ZWIĄZKI ORGANICZNE?

Mechaniczny uczony w swych raportach wysyłanych na Ziemię akcentował, że podczas palenia próbek z mułowca w piecu SAM, wykrył znacznie większą ilość związków zawierających węgiel, wodór i chlor, aniżeli w przypadku palenia w piecu próbek powierzchniowego piasku. (W szczególności chodzi tutaj o detekcję oparów chlorometanu (CH₃Cl) i dichlorometanu (CH₂Cl₂)). W jego mniemaniu mógł to być dowód na to, że w mułowcu znajdował się też węgiel o pochodzeniu organicznym (zob. wspomniany już wcześniej artykuł Ming i wsp. 2014).

Mechaniczny oczywiście wysłał na Ziemię bardzo szczegółowy raport swoich badań (zob. artykuł Freissinet i wsp. 2015 - pełny tekst artykułu jest ogólniedostępny), ale organiczni na to w śmiech - zarzucili mechanicznemu, że jego wyniki to najpewniej rezultat znieczyszczenia jego własnych instrumentów materiałem ziemskim. Dlatego ponownie podkreślił, że wspomniane powyżej dwie substancje wykrył już we wcześniejszych badaniach innych marsjańskich próbek, ale w znacznie mniejszym stężeniu, niż w próbkach z Yellowknife Bay.

— Hipoteza o paprochach, jakie miałbym przywieźć ze sobą z Ziemi wewnątrz swego pieca i skazić nimi marsjańskie próbki, jest bardzo wątpliwa. — Powiedział mechaniczny przez radio.
— Tak? Jakże to? - Usłyszał w odpowiedzi.
— Panie, panowie, przecież wraz z używaniem pieca, ziemskie zanieczyszczenia, jakie bym przywiózł ze sobą na Marsa, ulegałyby redukcji, a nie wzrostowi.
— Panie mechaniczny... hm... — Komunikat z Ziemi zawierał liczne chrząknięcia i stęknięcia. — To nam nie wystarczy.
— W produktach spalania próbek z mułowca wykryłem też chlorobenzen (C₆H₅Cl), dichloroetan (C₂H₄Cl₂) oraz dichloropropan (1,2‐DCP (C₃H₆Cl₂)), wszystko to w bardzo niewielkich stężeniach. — Mechaniczny nie chciał dać za wygraną i kontynuował swój wywód odwołując się m.in. do badań, jakie sami organiczni prowadzili na Ziemi w swych laboratoriach, w których do pieców podobnych do SAM wkładali związki organiczne i nadchlorany. — To nie moje zanieczyszczenia, lecz skutek interakcji między nadchloranami a związkami organicznymi znajdującymi się w próbce. — Tak im powiedział. Ale uczeni organiczni tylko kręcili głowami.
— On chce być sławny, a tu trzeba cierpliwości i sceptycyzmu. — Tak usłyszał.
— Nauka to twarde dowody, a nie ulotne gazy. — Powiedział inny organiczny.
— Wyniki pana badań są ciekawe. — Odezwał się jeszcze inny głos z Ziemi. — Ale podobnie jak wyniki pańskich pomiarów obecności metanu, te wyniki są bardzo, ale to bardzo liche i niejednoznaczne. Jest wiele innych zmiennych, jakie mogły wpłynąć na uzyskanie takich właśnie wyników, których pan nie wykluczył.
— Niemniej jednak — Curiosity postanowił przebić się przez te kpiące komentarze. - Niemniej jednak potwierdziłem, że Mars dawno, dawno temu, bo ponad 3 mld lat temu, był zupełnie innym światem. — Postanowił zmienić nieco zmienić temat. — Woda po powierzchni płynęła wartko, nanosząc wraz z prądem żwir i piach i tworząc z tego materiału mułowce i zlepieńce. Temperatury i ciśnienia siłą rzeczy musiały być inne, niż występujące obecnie.
— To prawda i tego odkrycia nie kwestionujemy.
— Istniały tam takie pierwiastki, jak węgiel, wodór, azot, tlen i siarka, a z tych pierwiastków w warunkach, w których woda jest cieczą tworzącą rzeki i jeziora, da się zbudować życie takie, jak wasze, organiczne. To był świat, w jakim mikroorganizmy mogły się rozwijać i pozyskiwać te ważne dla nich składniki z substancji nieorganicznych, z minerałów.
— Na to wygląda, że taki był ów prastary Mars ponad 3 mld lat temu. Mógł sprzyjać życiu.
— Możliwe więc, że w takim świecie, sprzyjającym życiu, jakieś organizmy, jakieś prymitywne drobnoustroje sobie żyły.
— Tego nie wiemy. — Powiedział któryś z organicznych. — Ale jeżeli cokolwiek wówczas żyło, to udowodnienie tego będzie nie lada wyzwaniem. Na Ziemi, mimo tak zaawansowanych i licznych badań, ustalenie, czy coś żyło 3 mld lat temu, graniczy z cudem. Na dodatek mówimy tutaj o mikroorganizmach! Panie! Halo! Halo! Tu Ziemia!
— To prawda, to trudne zadanie ale nie bujam w obłokach. Opieram się na danych, które posiadam z badania Marsa, na którego, jak dotąd przynajmniej, żadne z was nie raczyło przybyć. — Wycedził nie mniej złośliwie mechaniczny. Zaraz potem dodał. — Ale związki organiczne, jakie mogły się zachować w prastarych mułowcach, wcale nie muszą pochodzić od prastarych Marsjan. To mogą być związki organiczne występujące w przyrodzie naturalnie, a nawet pochodzące z meteorytów, których niezliczona ilość spadła na Marsa. To mógł być nawet i sam chlorometan, a nie szczątki jakiegoś drobnoustroju.
— To prawda. Ale wątpimy, czy wykrył pan jakiekolwiek związki organiczne.

CO DALEJ?

Curiosity pozostał niewzruszony niechęcią Ziemian i kontynuował swoje badania, aż pewnego razu odkrył coś, co przypominało ziemski kerogen (zob. Wikipedia). To już jednak inna historia. Na dzień dzisiejszy Curiosity wciąż buszuje po kraterze Gale, mozolnie wspinając się na górę znajdującą się na środku krateru, wciąż wierci w skale a uzyskane próbki pali w swoim piecu, również chętnie używa innych swoich instrumentów. Nadal dostarcza ciekawych i fascynujących wiadomości o Marsie. Prowadzi własne konto na Twitterze, redaguje bloga z aktualnościami swojej misji. Wydaje się jednak, że to początkowe jego przygody, opisane wybiórczo powyżej, dostarczyły wiadomości najcenniejszych, że Mars dawno temu mógł być światem sprzyjającym życiu. Wyniki tych (i nie tylko tych) badań są podsumowane na tej stronie NASA.

Ryc. 28.
Selfie, jakie zrobił Curiosity sam sobie w październiku 2020. Widać pokaleczone na ostrych kamieniach koła.
(Multimedia NASA #25382 © NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Podczas gdy Curiosity wciąż ciężko pracuje, na Marsie wylądowało dwóch kolejnych mechanicznych: InSight (zob. Wikipedia) oraz Perseverance (zob. Wikipedia). InSight już prowadzi badania geofizyczne i sejsmologiczne. Natomiast Perseverance...

Ryc. 29.
Perseverance ląduje na Marsie. Spogląda w górę na spadochron.
(18.02.2021, EAF_0002_0667110228_304, Mars 2020 Raw Images © NASA/JPL-Caltech)

Ryc. 30.
Perseverance ląduje na Marsie. Spogląda w górę, jak opuszczają go na linach.
(18.02.2021, EUF_0001_0667022672_630, Mars 2020 Raw Images © NASA/JPL-Caltech)

Ryc. 31.
Lądownik dmucha z dysz, rozdmuchując piach i spogląda w dół, jak Perseverance zaraz dotknie gruntu.
(18.02.2021, ESF_0001_0667022256_008, Mars 2020 Raw Images © NASA/JPL-Caltech)

Perseverance jest przekonany, że przygotował się znakomicie na kontynuowanie tematu, jaki zapoczątkował Curiosity. A mianowicie, czy na Marsie można wykryć jakieś ślady związków organicznych? Czy mogło tam istnieć jakieś proste życie? Jednak na jego raporty przyjdzie nam jeszcze troszkę poczekać...