Δημοσιεύτηκε στις 2 Αυγούστου, 2020
Ζωή στον Άρη
Ζωή στον Άρη
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Η πιθανότητα ύπαρξης ζωής στον Άρη είναι θέμα σημαντικού ενδιαφέροντος στην αστροβιολογία λόγω της εγγύτητας και ομοιότητας του πλανήτη με τη Γη. Επί του παρόντος δεν υπάρχουν αποδείξεις για ζωή στον Άρη. Αθροιστικά στοιχεία δείχνουν ότι κατά την αρχαία περίοδο του Νώε, στην επιφάνεια του Άρη υπήρχε νερό σε υγρή μορφή και ίσως ήταν κατοικήσιμη για μικροοργανισμούς. Η κατοικησιμότητα του πλανήτη δεν συνεπάγεται απαραίτητα την παρουσία ζωής.
Τον 19ο αιώνα ξεκίνησαν επιστημονικές έρευνες για ίχνη ζωής, που συνεχίζονται με τηλεσκοπικές αναζητήσεις και διαστημικούς εξερευνητές. Ενώ οι πρώιμες μελέτες επικεντρώθηκαν στην φαινομενολογία που συνορεύει με τη φαντασία, η σύγχρονη επιστημονική έρευνα έδωσε έμφαση στην αναζήτηση νερού, σε χημικά ίχνη ζωής στο έδαφος και τα πετρώματα στην επιφάνεια του πλανήτη, και σε βιοδείκτες αερίων στην ατμόσφαιρα.[1][2]
Ο Άρης είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος για τη μελέτη της προέλευσης της ζωής λόγω της ομοιότητας του με την πρώιμη Γη. Ιδιαίτερα επειδή έχει ψυχρό κλίμα και δεν διαθέτει τεκτονικές πλάκες ή μετατόπιση των ηπείρων, οπότε έχει παραμείνει αμετάβλητος από τα τέλη της Εσπερινικής περιόδου. Τουλάχιστον τα δύο-τρίτα της επιφάνειας του Άρη έχουν ηλικία πάνω από 3,5 δισεκατομμύρια έτη, και ο πλανήτης ίσως αποτελεί την καλύτερη ιστορική μαρτυρία για τις προβιοτικές συνθήκες που οδηγούν σε αβιογένεση, έστω και αν ζωή δεν υπάρχει ή δεν υπήρξε ποτέ εκεί.[3][4]
Κατόπιν της επιβεβαίωσης για ύπαρξη επιφανειακού υγρού νερού στο παρελθόν, τα ρόβερ Curiosity και Opportunity άρχισαν να ψάχνουν για ίχνη παλαιότερης ζωής, όπως παλαιά βιόσφαιρα βασισμένη σε αυτότροφους, χημειοτροφικούς, ή χημειολιθοτροφικούς μικροοργανισμούς, καθώς και για αρχαίο νερό, όπως ποταμίσια-λιμναία περιβάλλοντα (πεδία που σχετίζονται με αρχαία ποτάμια ή λίμνες) που ίσως ήταν κατοικήσιμα.[5][6][7][8] Η αναζήτηση για ίχνη κατοικησιμότητας, η ταφονομία (που σχετίζεται με απολιθώματα), και οι οργανικές ενώσεις στον Άρη αποτελούν τώρα τα κύρια αντικείμενα των NASA και ESA.
Τα ευρήματα οργανικών ενώσεων μέσα σε ιζηματογενή πετρώματα και βορίου στον Άρη είναι ενδιαφέροντος επειδή είναι πρόδρομες ουσίες για την προβιοτική χημεία. Τέτοια ευρήματα, μαζί με προηγούμενες ανακαλύψεις για την παρουσία υγρού νερού στον αρχαίο Άρη, ενισχύουν περαιτέρω την πιθανότητα πρώιμης κατοικησιμότητας του Κρατήρα Γκέιλ στον Άρη.[9][10] Σήμερα, η επιφάνεια του Άρη λούζεται με ακτινοβολία, που αντιδρά με τα υπερχλωρικά της επιφάνειας, και ίσως γίνεται τοξική για τους μικροοργανισμούς.[11][12]Συνεπώς, η κοινή συναίνεση είναι ότι αν υπάρχει —ή υπήρξε— ζωή στον Άρη, θα βρισκόταν ή θα διατηρούταν καλύτερα στο υπέδαφος, προστατευμένη από τις τρέχουσες αφιλόξενες επιφανειακές διεργασίες.
Τον Ιούνιο 2018, η NASA ανακοίνωσε την ανίχνευση εποχικών διακυμάνσεων στα επίπεδα μεθανίου στον Άρη, που ίσως προέρχεται από μικροοργανισμούς ή γεωλογικά μέσα.[13] Από τον Απρίλιο του 2018 ο Ευρωπαϊκός Τροχιακός Δορυφόρος Ιχνών Αερίων (ExoMars Trace Gas Orbiter) του προγράμματος αστροβιολογίας ExoMars παρακολουθεί το ατμοσφαιρικό μεθάνιο και το 2020 το ρόβερ ExoMars θα εξορύξει δείγματα υπεδάφους, ενώ το ρόβερ της NASA Άρης 2020 (Mars 2020) θα αποθηκεύσει δεκάδες από τα δείγματα για πιθανή μεταφορά σε Γήινα εργαστήρια περί το 2020-2030.
Πρώιμες υποθέσεις
 |
 |
|
|
Ιστορικός χάρτης του Άρη από τον Τζοβάνι Σκιαπαρέλι
|
Τα κανάλια του Άρη όπως απεικονίστηκαν από τον αστρονομο Πέρσιβαλ Λόουελ το1898
|
Οι Αρειανοί πολικοί πάγoι ανακαλύφθηκαν από τα μέσα του 17ου αιώνα. Στα τέλη του 18ου αιώνα, ο Ουίλιαμ Χέρσελ απέδειξε ότι μεγαλώνουν και μικραίνουν εναλλάξ, κατά το το καλοκαίρι και το χειμώνα κάθε ημισφαιρίου. Από τα μέσα του 19ου αιώνα, οι αστρονόμοι γνώριζαν ότι ο Άρης είχε αρκετές ομοιότητες με τη Γη, όπως η χρονική διάρκεια της Αρειανής μέρας που ήταν σχεδόν ίση με τη Γήινη. Γνώριζαν επίσης ότι η αξονική κλίση ήταν παρόμοια με της Γης, δηλαδή υπάρχουν εποχές του έτους όπως και στη Γη — αλλά σχεδόν διπλάσιας διάρκειας επειδή το Αρειανό έτος διαρκεί πολύ περισσότερο. Οι παρατηρήσεις αυτές οδήγησαν στις υποθέσεις ότι τα σκοτεινότερα άλβεδο αντιστοιχούσαν στο νερό και τα φωτεινότερα στη στεριά, και τελικά ίσως να υπάρχει κάποια μορφή ζωής στον Άρη.
Το 1854, ο Γουίλιαμ Χιούελ, υπότροφος του Κολέγιου Τρίνιτυ στο Κέμπριτζ, ο οποίος διέδωσε τη λέξη επιστήμονας, διατύπωσε τη θεωρία ότι ο Άρης είχε θάλασσες, στεριά και πιθανές μορφές ζωής.[14] Στα τέλη του 19ου αιώνα αυξήθηκαν οι εικασίες για ζωή στον Άρη, κατόπιν τηλεσκοπικών παρατηρήσεων φαινομενικών Άρειανών καναλιών — που τελικά βρέθηκε ότι ήταν οπτικές ψευδαισθήσεις.Το 1895 ο Αμερικανός αστρονόμος Πέρσιβαλ Λόουελ δημοσίευσε το βιβλίο του Άρης, που ακολουθήθηκε από το ο Άρης και τα Κανάλια του το 1906,[15] προτείνοντας ότι τα κανάλια ήταν το έργο εξαφανισμένου πολιτισμού.[16] Η ιδέα ενέπνευσε το Βρετανό συγγραφέα Χ.Τζ.Γουέλς που το 1897 έγραψε το Ο Πόλεμος των Κόσμων, διηγούμενος μία εξωγήινη εισβολή από Αρειανούς που προσπαθούσαν να γλιτώσουν από την ολοκληρωτική ξήρανση του πλανήτη.
Το 1894 άρχισαν φασματοσκοπικές αναλύσεις στην Αρειανή ατμόσφαιρα, όταν ο Αμερικάνος αστρονόμος Γουίλιαμ Γουάλας Κάμπελ έδειξε ότι εκεί δεν υπάρχει νερό ούτε οξυγόνο.[17] Το 1909 με παρατηρήσεις από καλύτερα τηλεσκόπια απορρίφθηκε η υπόθεση των καναλιών.
Κατοικησιμότητα
Το περιβάλλον του Άρη διαμορφώνεται από χημικά, φυσικά, γεωλογικά και γεωγραφικά χαρακτηριστικά. Μεμονωμένες μετρήσεις των παραγόντων αυτών ίσως δεν επαρκούν για να αποφανθεί αν το περιβάλλον είναι κατοικήσιμο, αλλά το άθροισμα των μετρήσεων θα συνεισφέρει στις δυνατότητες πρόβλεψης περιοχών με μεγαλύτερη ή μικρότερη ενδεχόμενη κατοικησιμότητα [18] Οι δύο τρέχουσες οικολογικές προσεγγίσεις για την κατοικησιμότητα της Αρειανής επιφάνειας κάνουν χρήση 19 ή 20 περιβαλλοντικών παραγόντων, με έμφαση στη διαθεσιμότητα του νερού, τη θερμοκρασία, την παρουσία θρεπτικών ουσιών, μια πηγή ενέργειας, και την προστασία από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία και την γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία.[19][20]
Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν τον ελάχιστο αριθμό παραμέτρων για τον προσδιορισμό της κατοικησιμότητας, αλλά είναι βέβαιοι ότι είναι περισσότεροι από ένα - δύο από τα στοιχεία του πίνακα που ακολουθεί. Ομοίως, για κάθε ομάδα παραμέτρων πρέπει να προσδιορίζονται τα όρια. Εργαστηριακές προσομοιώσεις δείχνουν ότι με συνδυασμό πολλαπλών θανατηφόρων παραγόντων τα ποσοστά επιβίωσης κατρακυλούν γρήγορα.[21] Δεν έχουν δημοσιευθεί ακόμα πλήρεις Αρειανές προσομοιώσεις που να περιλαμβάνουν όλους τους βιοκτόνους παράγοντες συνδυασμένους.
| Παράγοντες κατοικησιμότητας | |
|---|---|
| Νερό | · Ενεργότητα υγρού νερού (aw) · Παρελθοντικά/μελλοντικά υγρά (πάγος) αποθέματα · Αλμυρότητα, pH, και Ε0 του διαθέσιμου νερού |
| Χημικό περιβάλλον | Θρεπτικά συστατικά: · C, H, N, O, P, S, απαραίτητα μέταλλα, απαραίτητα μικροθρεπτικά συστατικά · Κύκλος αζώτου · Διαθεσιμότητα/ορυκτολογία Τοξίνες και θνησιμότητα: · Βαρέα μέταλλα (π. χ., Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd, κ. λπ., μερικά απαραίτητα, αλλά τοξικά σε μεγάλες συγκεντρώσεις) · Παγκόσμια κατανομή οξειδωτικού εδάφους |
| Μεταβολική ενέργεια |
Ηλιακή (επιφάνεια και κοντά στην επιφάνεια μόνο) Γεωχημική (υπεδάφους) · Οξειδωτικά · Αναγωγικά · Οξειδοαναγωγικές κλίσεις |
| Ευνοϊκές φυσικές συνθήκες |
· Θερμοκρασία · Ακραίες ημερήσιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας · Χαμηλή πίεση (Υπάρχει ελάχιστο όριο πίεσης για τα επίγεια αναερόβια?) · Ισχυρή υπεριώδης μικροβιοκτόνα ακτινοβολία · Γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία και εκπομπές ηλιακών σωματιδίων (μακροπρόθεσμα συσσωρευμένα αποτελέσματα) · Ηλιακά UV-επαγόμενα πτητικά οξειδωτικά, π. χ., O2−, O−, H2O2, O3 · Κλίμα/μεταβλητότητα (γεωγραφία, εποχές, ημερήσιες, και τελικά αποκλίσεις) · Υπόστρωμα (διεργασίες εδάφους, μικροπεριβάλλοντα πετρωμάτων, σύσταση σκόνης, προστασία) · Υψηλές συγκεντρώσεις CO2 στην παγκόσμια ατμόσφαιρα · Μεταφορές (αιολικές, ροή υπόγειων υδάτων, επιφανειακά ύδατα, παγετώδεις) |
Παρελθόν
Πρόσφατα μοντέλα έδειξαν ότι, ακόμη και με ατμόσφαιρα πυκνού CO2, ο πρώιμος Άρης ήταν πιο κρύος από όσο ήταν ποτέ η Γη.[22] Παροδικές θερμές συνθήκες που σχετίζονταν με προσκρούσεις ή ηφαιστειακή δραστηριότητα θα ευνοούσαν το σχηματισμό των δικτύων κοιλάδων στα τέλη της περιόδου Νώε, ακόμη και αν στα μέσα της περιόδου οι παγκόσμιες συνθήκες ήταν μάλλον παγετώδεις. Οι τοπικές αυξήσεις στη θερμοκρασία του θα ήταν σποραδικές, αλλά θα υπήρχαν πολλά περιστατικά ροής νερού στην επιφάνεια του Άρη. Τα ορυκτολογικά και τα μορφολογικά στοιχεία δείχνουν υποβάθμιση της κατοικησιμότητας από τα μέσα της Εσπερινής περιόδου και μετά. Τα ακριβή αίτια δεν είναι πλήρως κατανοητά και ίσως σχετίζονται με συνδυασμό διεργασιών, όπως απώλεια πρώιμης ατμόσφαιρας, ή διάβρωση από προσκρούσεις.
Η απώλεια του Αρειανού μαγνητικού πεδίου επηρέασε έντονα τα επιφανειακά περιβάλλοντα μέσω ατμοσφαιρικής απώλειας και αυξημένης ακτινοβολίας, δηλαδή μειώθηκε η κατοικησιμότητα.[24] Ενόσω υπήρχε μαγνητικό πεδίο, η ατμόσφαιρα θα προστατευόταν από τη διάβρωση του ηλιακού ανέμου, και θα είχε διασφαλιστεί η διατήρηση πυκνής ατμόσφαιρας, που είναι απαραίτητη για την παρουσία υγρού νερού στην επιφάνεια του Άρη.[25] Η απώλεια της ατμόσφαιρας συνοδεύτηκε από πτώση στις θερμοκρασίες. Μέρος των αποθεμάτων υγρού νερού εξαχνώθηκαν και μεταφέρθηκαν στους πόλους, ενώ το υπόλοιπο παγιδεύτηκε στο μόνιμο στρώμα του πάγου.[26]
Επίγειες παρατηρήσεις και αριθμητικά μοντέλα έχουν δείξει ότι μία πρόσκρουση με σχηματισμό κρατήρα μπορεί να δημιουργήσει ένα μακροχρόνιο υδροθερμικό σύστημα εάν υπάρχει πάγος στο φλοιό της γης. Για παράδειγμα, μεγάλος κρατήρας 130 χλμ. θα μπορούσε να συντηρήσει ένα ενεργό υδροθερμικό σύστημα για έως 2 εκατομμύρια χρόνια, δηλαδή αρκετό καιρό για την ανάπτυξη μικροσκοπικής ζωής[26] αλλά όχι για σημαντική εξελικτική πορεία.[27]
Το 2013, το ρόβερ της NASA Curiosity εξέτασε δείγματα εδάφους και πετρωμάτων με τα ενσωματωμένα όργανα και λήφθηκαν πρόσθετες πληροφορίες για αρκετούς παράγοντες κατοικησιμότητας.[28] Η ομάδα του ρόβερ αναγνώρισε μερικά από τα βασικά χημικά συστατικά για τη ζωή στο χώμα, όπως θείο, άζωτο, υδρογόνο, οξυγόνο, φώσφορο και μάλλον άνθρακα, καθώς και αργιλικά ορυκτά, ενδεικτικά εξαφανισμένου αρχαίου υδάτινου περιβάλλοντος — ίσως μια λίμνη ή αρχαία κοίτη χειμάρρου — με ουδέτερη οξύτητα και μικρή αλμυρότητα. Την 9 Δεκεμβρίου 2013, η NASA ανέφερε ότι με βάση δεδομένα από τις παρατηρήσεις του Curiosity, στο Aeolis Palus του Κρατήρα Γκέηλ υπήρχε μία αρχαία λίμνη φρέσκου νερού που θα ήταν φιλόξενο περιβάλλον για την μικροβιακή ζωή.[29][30] Η επιβεβαίωση ότι υγρό νερό έρεε κάποτε στον Άρη, η ύπαρξη θρεπτικών συστατικών, και η προηγούμενη ανακάλυψη του παλαιού μαγνητικού πεδίου που προστάτευε τον πλανήτη από την κοσμική και ηλιακή ακτινοβολία,[31][32] μαζί συνεπάγονται ότι το Αρειανό περιβάλλον θα υποστήριζε τη ζωή.[33] Ωστόσο, η εκτίμηση της παρελθοντικής κατοικησιμότητας δεν αποδεικνύει ότι υπήρξε Αρειανή ζωή ποτέ. Αν υπήρξε, ήταν μάλλον μικρόβια σε υγρά ή ιζήματα, ή ελεύθερα βιοφίλμ.
Ιμπακτίτης, που διατηρεί ίχνη ζωής, ανακαλύφθηκε στον Άρη και θα μπορούσε να περιέχει πληροφορίες για αρχαία ζωή στον πλανήτη..[34]
Στις 7 Ιουνίου 2018, η NASA ανακοίνωσε ότι το ρόβερ Curiosity βρήκε οργανικά μόρια σε ιζηματογενή πετρώματα που χρονολογούνται έως τριών δισεκατομμυρίων χρόνων.[35] [36] Η ανίχνευση οργανικών μορίων σε βράχους δείχνει ότι υπήρχαν δομικά στοιχεία για τη ζωή.[37][38]
Παρόν
Θεωρητικά, αν υπάρχει (ή υπήρχε) ζωή στον Άρη τα ίχνη της θα βρίσκονταν, ή θα διατηρούνταν καλύτερα, στο υπέδαφος, προστατευμένα από τις τρέχουσες αντίξοες συνθήκες της επιφάνειας.[39] Σήμερα η ζωή στον Άρη, ή οι ενδείξεις της, θα βρίσκονταν λίγα μέτρα ή πολλά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια, ή σε υπόγεια γεωθερμικά ενεργά σημεία. Το παγετώδες στρώμα στον Άρη βρίσκεται μόνο μερικά εκατοστά υπό του εδάφους, και οι αλμυρές άλμες παραμένουν υγρές για λίγα εκατοστά βάθους. Το νερό είναι κοντά στο σημείο βρασμού ακόμη και στα βαθύτερα σημεία της λεκάνης Ελλάς και δεν παραμένει σε υγρή κατάσταση για πολύ ώρα στην επιφάνεια του Άρη, εκτός αν είναι καλυμμένο με πάγο ή κατόπιν απότομης απελευθέρωσης υπόγειου νερού.
Έως τώρα, η NASA ακολουθεί στρατηγική τύπου "ακολουθώντας το νερό" στον Άρη και δεν έχει αναζητήσει ίχνη ζωής εκεί από τον καιρό της αποστολής Viking. Από το 2017, η κοινή συναίνεση για τους αστροβιολόγους της NASA είναι ότι ίσως χρειαστεί πρόσβαση στο Αρειανό υπέδαφος για να βρεθούν τρέχοντα κατοικήσιμα περιβάλλοντα.
Λανθάνουσα υπεδάφια ζωή
Το ρόβερ Περιέργεια μέτρησε τα επίπεδα ιονίζουσας ακτινοβολίας ίσα με 76 mGy ετήσια,[40] που θα αποστείρωνε την επιφάνεια του πλανήτη. Η κατοικησιμότητά του εξαρτάται από την τροχιακή εκκεντρότητα και την κλίση του άξονά του. Βάσει εκτίμησης, αν αναπτύχθηκε ζωή σε περίοδο έως 450.000 χρόνια, τότε τα ρόβερ στον Άρη θα βρουν αδρανή αλλά βιώσιμη ζωή σε βάθος έως ενός μέτρου.[41]
Κοσμική ακτινοβολία
Το 1965, το Μάρινερ 4 ανακάλυψε ότι ο Άρης δεν είχε πλανητικό μαγνητικό πεδίο για προστασία από την επικίνδυνη κοσμική ακτινοβολία και την ηλιακή ακτινοβολία· στα τέλη της δεκαετίας 1990 παρατηρήσεις από το Mars Global Surveyor επιβεβαίωσαν την ανακάλυψη.[42] Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι ελλείψει μαγνητικής ασπίδας ο ηλιακός άνεμος θα παρέσυρε μακριά μεγάλο μέρος από την Άρειανή ατμόσφαιρα σε περίοδο αρκετών δισ.χρόνων.[43] Ως επακόλουθο, ο πλανήτης θα ήταν ευάλωτος στη διαστημική ακτινοβολία για περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια.[44]
Πρόσφατα δεδομένα in-situ από το ρόβερ Περιέργεια δείχνουν ότι η ιοντίζουσα ακτινοβολία από τις γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες και οι εκπομπές ηλιακών σωματιδίων ίσως δεν είναι περιοριστικοί παράγοντες για τον προσδιορισμό κατοικησιμότητας. Τα 76 mGy ετήσια που μέτρησε το Περιέργεια ισοδυναμούν με τα επίπεδα στο εσωτερικό του ISS.[45] Το 2014 από ευρήματα της δεύτερης MEPAG Επιστημονικής Αναλυτικής Ομάδας Εδικών Περιοχών, συμπεράθηκε ότι:[46]
- "Από τις μετρήσεις MSL RAD, η ιονίζουσα ακτινοβολία από γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες στον Άρη είναι χαμηλές έως αμελητέες. Διαλείπουσες εκπομπές ηλιακών σωματιδίων ίσως αυξήσουν την ολική δόση και τον ατμοσφαιρικό ιονισμό έως το επίπεδο του εδάφους, αλλά οι εκπομπές αυτές είναι σποραδικές και διαρκούν για 2-5 ημέρες μόνο. Αυτά τα δεδομένα δεν χρησιμοποιούνται για να διακρίνουν Ειδικές Περιοχές στον Άρη." Η Ειδική Περιοχή ορίζεται ως μια περιοχή στην επιφάνεια του Άρη όπου θα επιβίωνε ένας Γήινος ζωντανός οργανισμός.
Σωρευτικά αποτελέσματα
Ακόμη και τα πιο ανθεκτικά κύτταρα δεν θα επιβίωναν από την κοσμική ακτινοβολία κοντά στην επιφάνεια του Άρη εφόσον έχει χάσει την προστατευτική μαγνητόσφαιρα και ατμόσφαιρα.[47] Μετά απο χαρτογράφηση των επιπέδων κοσμικής ακτινοβολίας σε διάφορα βάθη στον Άρη, οι ερευνητές συμπέραναν ότι στα πρώτα υπεδάφια μέτρα του πλανήτη κάθε ζωή θα πέθαινε από θανατηφόρες δόσεις της κοσμικής ακτινοβολίας.[48][49][50] Η σωρευτική ζημιά σε DNA και RNA από την κοσμική ακτινοβολία θα περιόριζε την εύρεση βιώσιμων κυττάρων σε βάθος μεγαλύτερο από 7,5 μέτρα υπό της επιφάνειας. Τα πιο ανθεκτικά σε ακτινοβολίες Γήινα βακτήρια θα επιβίωναν σε λανθάνουσα κατάσταση σπορίων για μόνο 18.000 χρόνια στην επιφάνεια. Στα 2 μέτρα —το μέγιστο βάθος που μπορεί να φτάσει το ρόβερ ExoMars— ο χρόνος επιβίωσης θα ήταν 90.000 έως μισό εκατομμύριο χρόνια, ανάλογα με τον τύπο του πετρώματος.[51]
Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον Ανιχνευτή Μετρητή Ακτινοβολίας (RAD), ένα από τα όργανα του ρόβερ Περιέργεια, δείχνουν ότι η επιφανειακή ακτινοβοία είναι 76 mGy/έτος, και ότι η "ιονίζουσα ακτινοβολία επηρεάζει έντονα τις χημικές συστάσεις και δομές, ιδιαίτερα του νερού, των αλάτων, και των ευαίσθητων στην οξειδοαναγωγή οργανικών μορίων."[52] Ανεξάρτητα από την προέλευση των Αρειανών οργανικών ενώσεων (μετεωρική, γεωλογική ή βιολογική), οι δεσμοί άνθρακα είναι επιρρεπείς σε διάσπαση και ανασχηματισμό με περιβάλλοντα στοιχεία από ιονίζουσα ακτινοβολία φορτισμένων σωματιδίων. Αυτές οι ακριβέστερες εκτιμήσεις δείχνουν ότι η πιθανότητα εύρεσης διατηρημένων οργανικών ενδείξεων ζωής είναι συνάρτηση του βάθους καθώς και των χρόνων επιβίωσης μικροβίων ή βακτηρίων σε λανθάνουσα κατάσταση υπεδάφια. Η έκθεση καταλήγει στο συμπέρασμα ότι οι in situ "επιφανειακές μετρήσεις —και υπεδάφιες εκτιμήσεις— οριοθετούν το παράθυρο διατήρησης για την Αρειανή οργανική ύλη κατόπιν εξόρυξης και έκθεσης σε ιονίζουσα ακτινοβολία σε λίγα μόνο μέτρα από την επιφάνεια."
Τον Σεπτέμβριο 2017 το NASA ανακοίνωσε για τα επίπεδα ακτινοβολίας στην επιφάνεια του Άρη ότι προσωρινά διπλασιάστηκαν εξαιτίας ενός σέλας 25 φορές φωτεινότερου από οποιοδήποτε προηγούμενο, που οφείλεται σε σημαντική και απρόσμενη ηλιακή καταιγίδα στα μέσα του μήνα.[53]
Υπεριώδης ακτινοβολία
Το 2014 μία έκθεση για την UV ακτινοβολία κατέληξε στο συμπέρασμα ότι "Το Αρειανό UV ακτινοβολούμενο περιβάλλον είναι ταχύ μικροβιοκτόνο αλλά μπορεί να εξασθενήσει με πλανητικές αμμοθύελες και να προστατευτεί πλήρως με < 1 mm ρηγόλιθου ή με άλλους οργανισμούς." Τον Ιούλιο 2017 δημοσιεύτηκε εργαστηριακή έρευνα που έδειξε ότι UV ακτινοβολημένα υπερχλωρικά προκαλούν 10,8-πλάσια αύξηση στον κυτταρικό θάνατο κατόπιν 60 δευτερολέπτων έκθεσης. Το βάθος διείσδυσης της υπεριώδους ακτινοβολίας στο έδαφος είναι σε κλίμακα εύρους υπο-χιλιοστά έως χιλιοστά και εξαρτάται από τις ιδιότητες του εδάφους.[54]
Υπερχλωρικά
Ο Αρειανός ρηγολίθος περιέχει μέγιστη ποσότητα 0,5% (w/v) υπερχλωρικά (ClO4−) που είναι τοξικά για τους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς,[55] αλλά μειώνουν σημαντικά το σημείο πήξης του νερού και μερικά ακραιόφιλα μπορούν να τα χρησιμοποιήσουν ως πηγή ενέργειας, οπότε εξετάζεται η επιδρασή τους στην κατοικησιμότητα.[56][57][58]
Τον Ιούλιο 2017 δημοσιεύθυκε έρευνα που έδειξε ότι η υπεριώδης ακτινοβολία προσομοίωσης του Αρειανού περιβάλλοντος κατέστησε τα υπερχλωρικά ισχυρότερα βακτηριοκτόνα. Ακόμα και λανθάνοντα σπόρια χάνουν τη βιωσιμότητά τους εντός ολίγων λεπτών. Επίσης, άλλες δύο ενώσεις της Αρειανής επιφάνειας, οξείδια του σιδήρου και υπεροξείδιο του υδρογόνου, δρουν συνεργικά με ακτινοβολημένα υπερχλωρικά αυξάνοντας τον κυτταρικό θάνατο κατά 10,8 φορές. Διαπιστώθηκε, επίσης, ότι φθαρμένα πυριτικά άλατα (χαλαζία και βασάλτη) οδηγούν στο σχηματισμό τοξικών τύπων δραστικού οξυγόνου.[59] Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι "η επιφάνεια του Άρη είναι θανατηφόρα για φυτικά κύτταρα και καθιστά πολλές επιφανειακές και υπεδάφιες περιοχές μη κατοικήσιμες."[60] Η έρευνα έδειξε ότι η τρέχουσα επιφάνεια είναι μη κατοικήσιμη,[61] και οι αναζητήσεις πρέπει να διεξάγονται λίγα μέτρα υπό του εδάφους όπου η ακτινοβολία είναι σχετικά μικρή.[62]
Περιοδικές κλίσεις RSL
.gif)
Οι περιοδικές κλίσεις (Recurrent slope lineae, RSL) είναι χαρακτηριστικές μορφές που εμφανίζονται σε πλαγιές που αντικρίζουν τον Ήλιο κατά τις εποχές του έτους που οι τοπικές θερμοκρασίες υπερβαίνουν το σημείο τήξης του πάγου. Οι ραβδώσεις αυξάνονται την άνοιξη, διευρύνονται στα τέλη του καλοκαιριού και ξεθωριάζουν το φθινόπωρο. Η δύσκολη αιτιολόγηση μάλλον σχετίζεται με κάποιας μορφής υδατικές ροές, αν και οι ραβδώσεις καθαυτές θεωρούνται δευτερογενή αποτελέσματα και όχι μια άμεση ένδειξη για την υγρασία του ρηγολίθου. Μολονότι επιβεβαιώθηκε ότι εμπλέκεται νερό, αυτό δεν αποκλείεται να είναι υπερβολικά κρύο ή αλμυρό για να τη ζωή. Προσωρινά θεωρούνται δυνητικά κατοικήσιμες, ως "Αβέβαιες Περιοχές, που εξετάζονται ως Ειδικές Περιοχές".
Για τις "Ειδικές Περιοχές" λένε: "Δεν έχει προταθεί ενιαίο μοντέλο για την προέλευση των RSL κλίσεων που να εξηγεί όλες τις παρατηρήσεις, για τώρα πιστεύεται ότι οφείλονται στη διαρροή νερού σε > 250 Κ, με a w {\displaystyle a_{w}} (ενεργότητα νερού) άγνωστη και ίσως μεταβλητή. Ως εκ τούτου πληρούνται τα κριτήρια για Αβέβαιες Περιοχές που εξετάζονται ως Ειδικές Περιοχές. Υπάρχουν και άλλες Αρειανές μορφές με χαρακτηριστικά παρόμοια των RSL, αλλά είναι μάλλον απίθανο να σχετίζονται με υγρό νερό." Αναφέρθηκαν για πρώτη φορά το 2011.[63] Τότε υποτέθηκε ότι σχετίζονται με ροές άλμης, εφόσον όλα τα διαθέσιμα πρότυπα περιλάμβαναν κάποια μορφή ύδατος.[64][65][66][67]Η θερμοδυναμική διαθεσιμότητα του νερού (ενεργότητα νερού) περιορίζει το μικροβιακό πολλαπλασιασμό στη Γη, ιδιαίτερα σε υπεράλμυρα περιβάλλοντα, και υπάρχουν ενδείξεις ότι η ιοντική ισχύς της άλμης εμποδίζει την κατοικησιμότητα στον Άρη. Πειράματα δείχνουν ότι η υψηλή ιοντική ισχύ, που φτάνει ακραιότατα επίπεδα στον Άρη λόγω της πληθώρας δισθενών ιόντων, "καθιστά αυτά τα περιβάλλοντα μη κατοικήσιμα έστω και παρουσία βιολογικά διαθέσιμου νερού."[68]
Δέσμευση του αζώτου
Μετά τον άνθρακα, το άζωτο είναι το πιο απαραίτητο στοιχείο για τη ζωή. Για χαρτογράφηση της κατανομής του απαιτούνται μετρήσεις των νιτρικών σε εύρος από 0,1% έως 5%. Το ατμοσφαιρικό άζωτο (N2) είναι λίγο και ανεπαρκές για να υποστηρίξει τη δέσμευση του αζώτου για βιολογική ενσωμάτωση.[69] Το άζωτο με τη μορφή νιτρικών ιόντων θα μπορούσε να είναι θρεπτικό συστατικό για τη φυτική ανάπτυξη χρήσιμο σε χημικές διεργασίες. Στη Γη, τα νιτρικά άλατα συσχετίζονται με τα υπερχλωρικά σε ερημικά περιβάλλοντα, και ίσως ισχύει το ίδιο για τον Άρη. Πιστεύεται ότι στον Άρη τα νιτρικά είναι σταθερά και έχουν σχηματιστεί από το θερμικό σοκ κατόπιν πρόσκρουσης ή από αστραπές ηφαιστειακού νέφους στην αρχαιότητα.[70]
Την 24 Μαρτίου 2015, το NASA ανέφερε ότι ο Αναλυτής Αρειανών Δειγμάτων (SAM) του ρόβερ Περιέργεια ανίχνευσε νιτρικά θερμαίνοντας επιφανειακά ιζήματα. Το άζωτο στα νιτρικά βρίσκεται σε μια "σταθερή" κατάσταση, δηλαδή η οξειδωμένη μορφή του είναι κατάλληλη για χρήση από ζωντανούς οργανισμούς. Η ανακάλυψη υποστηρίζει την άποψη ότι ο αρχαίος Άρης ίσως ήταν φιλόξενος για τη ζωή.[71][72] Πιστεύεται ότι όλα τα νιτρικά στον Άρη είναι κατάλοιπα του παρελθόντος με μηδενική σύγχρονη συνεισφορά.[73] Η ποσότητα Νιτρικών κυμαίνεται από μη-ανιχνεύσιμη έως 681 ± 304 mg/kg στα δείγματα που εξετάστηκαν έως τα τέλη 2017. Τα μοντέλα μελέτης έδειξαν ότι οι παροδικές συμπυκνωμένες ταινίες νερού στην επιφάνεια θα έπρεπε να μεταφερθούν σε χαμηλότερα βάθη (≈10 μ) συμπαρασύροντας τα νιτρικά άλατα, όπου θα αναπτύσσονταν μικροοργανισμοί.[74]
Ενώ το φωσφορικό άλας, ένα χημικό συστατικό εξίσου απαραίτητο για τη ζωή, είναι άμεσα διαθέσιμο στον Άρη.[75]
Χαμηλή πίεση
Οι εκτιμήσεις για την κατοικησιμότητα της Αρειανής επιφάνειας δυσχεραίνονται από την ανεπάρκεια γνώσεων για την ανάπτυξη μικροοργανισμών στις πιέσεις του πλανήτη. Ισχύει ότι ορισμένα βακτήρια μπορούν να αναπαραχθούν σε πιέσεις έως 25 mbar, αλλά η ατμοσφαιρική πίεση του Άρη είναι πολύ μικρότερη (εύρος 1-14 mbar).[76] Σε μια άλλη μελέτη, επέλεξαν 26 στελέχη βακτηρίων με ανάκτηση από τις εγκαταστάσεις συναρμολόγησης διαστημόπλοιων, και μόνο το Serratia liquefaciens ATCC 27592 αναπτύχθηκε σε ανοξική ατμόσφαιρα πίεσης 7 mbar, 0 °C και εμπλουτισμένη σε CO2.
Υγρό νερό
Το υγρό νερό είναι αναγκαία αλλά όχι επαρκής προϋπόθεση για τη ζωή όπως την ξέρουμε, εφόσον η κατοικησιμότητα είναι συνάρτηση πληθώρας περιβαλλοντικών παραμέτρων.[77] Στην επιφάνεια του Άρη δεν μπορεί να υπάρξει υγρό νερό, παρά μόνο στα χαμηλότερα υψόμετρα για χρονική διάρκεια λεπτών ή ωρών.[78][79] Το υγρό νερό δεν εμφανίζεται στην επιφάνεια καθαυτή,[80] αλλά ίσως σχηματιστεί σε μικροσκοπικές ποσότητες γύρω από σωματίδια σκόνης σε χιόνι που ζεσταίνεται από τον Ήλιο.[81][82] Επίσης, τα αρχαία παγετώδη υπεδάφια στρώματα ίσως σταδιακά εξαχνωθούν ή λιώσουν, και καταστούν προσβάσιμα από την επιφάνεια του εδάφους μέσω σπηλιών.[83][84][85][86]
Με τοπογραφικές μελέτες ανακαλύφθηκε τεράστια ποσότητα υπεδάφιου πάγου
αρκετού για να πληρωθεί η Λίμνη Σουπίριορ (22 Νοεμβρίου 2016)[87][88][89]
Το Αρειανό νερό βρίσκεται σχεδόν αποκλειστικά με τη μορφή πάγου, που βρίσκονται στους πλανητικούς πόλους και υπεδάφια ακόμα και σε εύκρατες περιοχές.[90][91] Στην ατμόσφαιρα υπάρχει μικρή ποσότητα υδρατμών.[92] Δεν υπάρχουν σώματα υγρού νερού στην επιφάνεια του Άρη, επειδή η μέση ατμοσφαιρική πίεση είναι 600 πασκάλ —δηλαδή 0,6% της μέσης Γήινης πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας—και επειδή η θερμοκρασία (-63°C)είναι παγετώδης. Όμως, πριν από 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια[93] η ατμόσφαιρα ήταν πυκνότερη, η θερμοκρασία υψηλότερη, και τεράστιες ποσότητες υγρού νερού έρεαν στην επιφάνεια,[94][95][96][97] όπως και μεγάλοι ωκεανοί.[98][99][100]
Εκτιμάται ότι οι αρχέγονοι ωκεανοί του Άρη θα κάλυπταν το 36%[101] με 75% του πλανήτη.[102] Την 22 Νοεμβρίου 2016, το NASA ανέφερε ότι βρήκε μεγάλες ποσότητες υπεδάφιου πάγου στην Αρειανή περιοχή Ουτοπια Πλανιτια, όγκου ισοδύναμου με της Λίμνης Σουπίριορ.[87][88][89] Ανάλυση των Αρειανών ψαμμόλιθων με τροχιακή φασματομετρία έδειξε ότι τα Αρειανά νερά θα ήταν υπερβολικά αλμυρά και ακατάλληλα για γήινες μορφές ζωής. Η ομάδα Tosca et al. βρήκε ότι το νερό στις περιοχές που μελετήθηκαν είχε ενεργότητα aw ≤ 0,78 έως 0,86—ακατάλληλο για γήινη ζωή.[103] Τα Χαλοβακτήρια όμως επιβιώνουν σε υπεράλμυρα διαλύματα έως και το σημείο κορεσμού.[104]
Τον Ιούνιο 2000 βρέθηκαν ίχνη ροής νερού σε επιφανειακές δομές που μοιάζουν με ξηροπόταμοι.[105][106] Το 2006 δημοσιεύθηκαν φωτογραφίες του Mars Global Surveyor που δείχνουν ότι ίσως περιστασιακά ρέουν ύδατα στην επιφάνεια του Άρη. Συγκεκριμένα φαίνονται μεταβολές στις απόκρυμνες παρειές των κρατήρων και εναπόθεση ιζημάτων, ενδεικτικά πρόσφατης ροής νερού.
Στην επιστημονική κοινότητα οι συζητήσεις συνεχίζονται για τα αίτια που δημιούργησαν τις ραβδώσεις τύπου ξηροπόταμου, την ακριβή πηγή νερού και τον μηχανισμό κίνησης. Για ορισμένους οφείλονταν σε ξηρές αμμοθύελες,[107][108][109][110] για άλλους σε υγρή άλμη.[111][112][113] [114]
Τον Ιούλιο 2018, οι επιστήμονες βρήκαν μία υποπαγετώδη λίμνη στον Άρη, σε 1,5 χλμ. βάθος υπό του νότιου πόλου, και πλευρικά εκτεινόμενο σε απόσταση 20 χλμ., και αποτελεί το πρώτο γνωστό σταθερό σώμα νερού στον πλανήτη.[115][116][117][118] Η λίμνη εντοπίστηκε από το ραντάρ MARSIS του τροχιακού Mars Express και η συλλογή των δεδομένων έγινε την περίοδο Μαΐος 2012 - Δεκέμβριος 2015.[119] Το επίκεντρο της λίμνης βρίσκεται σε συντεταγμένες 193°E, 81°S, μια επίπεδη επιφάνεια χωρίς ιδιαίτερα τοπογραφικά χαρακτηριστικά που περιβάλλεται από υψηλότερα εδάφη εκτός από την ανατολική πλευρά όπου υπάρχει κατάθλιψη.
Πυριτικά
Τον Μάιο 2007, το ρόβερ Σπίριτ διατάραξε τα εδάφη με τη μη λειτουργική ρόδα του και έφερε στην επιφάνεια μια περιοχή περιέχουσα 90% διοξείδια του πυριτίου.[120] Το περιστατικό θυμίζει καυτό νερό πηγής ή ατμό καθώς έρχονται σε επαφή με ηφαιστειακά πετρώματα. Για τους επιστήμονες είναι ενδεικτικά παλαιού περιβάλλοντος που ίσως ευνοούσε τη μικροβιακή ζωή και θεωρούν ότι τα πυριτικά ίσως προέκυψαν από αλληλεπίδραση του εδάφους με όξινα αέρια, τα οποία προέρχονταν από ηφαιστειακή δραστηριότητα παρουσία νερού.[121]
Με βάση τις αναλογίες με τη Γη, τα Αρειανά υδροθερμικά συστήματα θα προσφέρονταν ικανοποιητικά για τη δυνατότητα συντήρησης οργανικών και ανόργανων βιολογικών ευρημάτων.[122][123][124] Για αυτό, τα υδροθερμικά κοιτάσματα θεωρούνται σημαντικοί στόχοι για την εξερεύνηση απολιθωμάτων της αρχαίας Αρειανής ζωής.[125][126][127]
Διαδραστικός χάρτης του Άρη
Διαδραστικός χάρτης της Αρειανής τοπογραφίας. Τοποθετήστε το δείκτη του ποντικιού πάνω σε μία από τις >25 διακριτές γεωγραφικές περιοχές για να δείτε την ονομασία της, και κάντε κλικ για να μεταβείτε στον σύνδεσμο. Ο χρωματισμός του βασικού χάρτη ενδεικνύει σχετικά υψόμετρα, βάσει δεδομένων του μετρητή υψομέτρων με λέιζερ του τροχιακού Mars Global Surveyor του NASA. Τα κόκκινα και ροζ είναι μεγαλύτερα υψόμετρα (+3 χλμ έως +8 χλμ)· τα κίτρινα είναι 0 χλμ· τα πράσινα και μπλε είναι χαμηλότερα υψόμετρα (έως -8 χλμ). Τα λευκά (>+12 χλμ) και καφετιά (>+8 χλμ) είναι τα μεγαλύτερα υψόμετρα. Οι άξονες είναι Πλάτος and Μήκος· Οι Πόλοι δε φαίνονται.