Изучение минералов на поверхности и в недрах спутников Марса и Юпитера может дать ключ к ответу на вопрос: «Могла ли в них существовать жизнь раньше?» Международная российско-австрийская исследовательская группа, в которую вошли сотрудники Новосибирского государственного университета (НГУ) и Венского университета, изучила, как минералы типа кизерита, обнаруженные на Марсе и спутниках Юпитера, ведут себя при сверхнизких температурах (до 15 К, т.е. -258°С).). Материалы исследования опубликованы в флагманском научном журнале Международного союза кристаллографов IUCrJ. Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Принято считать, что наличие воды является обязательным условием существования жизни на планете. В нынешних условиях свободная вода не может сохраняться на спутниках Марса и Юпитера. Но может остаться в составе минералов, хранящих память о тех временах, когда условия были не такими суровыми. Российские и австрийские ученые воссоздали в лаборатории космические условия и проверили, как синтетические минералы вроде кизерита, обнаруженные на поверхности спутников Марса и Юпитера, ведут себя при сверхнизких температурах. Исследование проводилось научной группой под руководством доктора химических наук, профессора Елены Болдыревой из НГУ в сотрудничестве с коллегами из Венского университета под руководством профессора Рональда Милетича.

Состав и строение минералов можно изучать различными способами, на основе спектрального анализа или с помощью рентгеновской дифракции.Можно ли изучать спектры минералов, находящихся на спутниках Марса и Юпитера, пока они остаются на Земле, поэтому изучать строение по дифракционных методов необходимо отправить образцы минералов на Землю или отправить с Земли небольшой портативный дифрактометр (что было осуществлено во время миссии марсохода Curiosity).

Но, по словам Бориса Захарова, кандидата химических наук, заведующего лабораторией молекулярного дизайна и экологически чистых технологий, доцента кафедры химии твердого тела Колледжа естественных наук НГУ, есть и третий путь: воссоздать аналогичные условия непосредственно на Земле и посмотреть, как в этом случае поведут себя интересующие ученых соединения: останется ли в них вода, как изменится структура.

Ученые использовали специальное оборудование и более 100 литров жидкого гелия для детального изучения кристаллической структуры различных синтетических минералов, таких как кизерит (общая формула M2+SO4H2O, где M2+ = Mg, Fe, Co, Ni), который встречается на поверхности Марса и спутников Юпитера, при сверхнизких температурах жидкого гелия (15 К, т е. -258°С).

«Подобные эксперименты уникальны, прежде всего, с технической точки зрения, так как требуют специфического и сложного оборудования, при работе на пределе из-за сверхнизких температур, а также возможности работы со сжиженным гелием, что обеспечивает чтобы образцы остыли до требуемой температуры. Его подготовка и реализация, а также интерпретация полученных данных требуют от ученых высокой квалификации. Группа НГУ — одна из немногих в мире, которая может проводить эксперименты такого типа. Поэтому мы обратились к ней с предложением провести совместные исследования», — рассказывает о совместной работе Рональд Милетич, профессор Венского университета.

Международная научная группа смогла не только показать, что вода в исследованных материалах остается в структуре при столь глубоком охлаждении, но и нашла этому объяснение в особенностях кристаллических структур минералов. Эта информация очень важна для интерпретации спектроскопических данных, получаемых орбитальными аппаратами с поверхности космических тел.

«Мы обнаружили, что сами структуры остаются стабильными и не претерпевают фазовых переходов даже при таких экстремальных воздействиях. Это связано с наличием в них молекул воды, которая связывает катионы металлов и анионы сульфатов мостиками в прочный трехмерный каркас. Конструкция значительно сжимается, причем по-разному в разные стороны, но при этом не разрушается и не перестраивается в другую фазу», — добавляет Никита Богданов, один из участников работы, ассистент кафедры твердого тела. Государственная химия Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета.