Быть может потому, что на небе Марс выглядит как пятно крови, он был назван в честь римского бога войны. Это название также оправдывается с точки зрения нашего понимания развития жизни. Марс чрезвычайно враждебен для форм жизни, подобных земным. Тонкая атмосфера красной планеты практически не защищает ее поверхность от солнечного излучения. Опасные химикаты, такие как пероксид водорода, загрязняют почву. Жидкая вода, необходимая для развития жизни, не может долго существовать здесь, она очень быстро испаряется в разреженный воздух, а то, что не испаряется, быстро замерзает.

Но не всегда дела шли так плохо на поверхности Марса. Существуют свидетельства того, что давным-давно, миллиарды лет назад, на этой планете было намного комфортнее. Поверхность Марса изрезана высохшими руслами рек, и недавно на поверхности были найдены глины, образующиеся только при наличие жидкой воды. Похоже, в молодости Марс мог поддерживать жизнь и имел атмосферу, достаточно толстую для дождей.

Для дальнейшего исследования красной планеты NASA готовит две миссии. Это будет марсоход и зонд, предназначенный для нырков в верхние слои атмосферы. Главный вопрос, который ставится перед учеными и инженерами этих проектов – была ли на Марсе жизнь? Существовала ли там микробная жизнь, и что с ней случилось по мере изменения климата планеты? Жизнь исчезла, или же перебралась под землю, где она защищена от космического излучения, а температура достаточно велика для поддержания воды в жидком состоянии?

Миссия Mars Science Laboratory (Марсианская научная лаборатория) – это проект марсохода Curiosity, самого крупного ровера в истории красной планеты. Этот аппарат, снабженный множеством инструментов (в первую очередь для забора и анализа образцов грунта), отправится к Марсу в этом месяце, он должен сесть на поверхности планеты в августе 2012 года. Его цель – кратер Гейла, который с большой вероятностью содержит следы климатических изменений.

Второй проект – зонд MAVEN, который должен отправить в космос в конце 2013 года. Его задача – изучение верхних слоев атмосферы планеты. Он поможет понять, почему марсианская атмосфера (и вода) улетают в космос, делая планету столь неудобной для жизни.

«И MAVEN, и Curiosity смогут приоткрыть историю марсианского климата, используя различные подходы, – говорит руководитель проекта MAVEN Брюс Якоски из Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо. – Но оба проекта будут проводить изотопный анализ».

Изотопы – варианты элементов с другой массой. Один из примеров – дейтерий, тяжелый водород. Иногда он занимает место одной из молекул водорода в воде. Когда вода испаряется, она подвергается воздействию солнечного излучения, что может разрушить молекулу воды. Водород, будучи легче дейтерия, быстрее покидает атмосферу, улетучиваясь в космос. Поэтому со временем отношение водорода к дейтерию в атмосфере Марса уменьшается.

Зонд MAVEN проведет замеры этого отношения в верхних слоях атмосферы. Эти данные затем будут сравнены с отношением на ранних этапах жизни Марса. Хотя его нельзя получить напрямую, есть несколько способов получить достаточно точные данные. Можно проанализировать отношение в древних марсианских минералах, и также в кометах и астероидах – остатках материала времен ранней Солнечной системы.

Сравнивая современное и древнее отношение водорода к дейтерию в атмосфере Марса, можно рассчитать, сколько водорода (и, следовательно, воды), было потеряно планетой. Измерения отношений изотопов других элементов позволит также определить, сколько атмосферы потеряла красная планета.
Зонд MAVEN должен достичь Марса в 2014 году. К этому времени марсоход Curiosity успеет провести аналогичный изотопный анализ в окрестности кратера Гейла.

Измерение отношений изотопов в атмосфере Марса позволит определить ее текущее состояние. Для определения прошлого ее состояния, данные зонда будут использоваться вместе с косвенными измерениями для построения математических моделей потери атмосферы планетой.

По оценкам ученых, возраст кратера Гейла составляет более 3 миллиардов лет. Изотопный анализ образцов грунта кратера может дать представление об атмосфере Марса в то время. Эти данные также будут использованы учеными, анализирующими данные зонда MAVEN для получения хороших моделей атмосферы и климата раннего Марса.

«Например, MAVEN в первую очередь сфокусируется на влиянии Солнца на потерю атмосферы Марсом», – говорит Пол Маххафи из Центра космических полетов имени Годдарда. Солнечный ветер, поток заряженных частиц, непрерывно испускаемый Солнцем, а также потоки частиц, вызванные солнечными вспышками или корональными выбросами массы, могут сдувать верхние слои атмосфер планет.

«Если мы поймем, насколько активно атмосфера сдувается солнечным ветром, то мы сможем экстраполировать текущее состояние на миллиарды лет назад. Если же наши модели не сойдутся с данными марсохода, то нам нужно будет подумать, что же еще могла вызвать потерю атмосферы. Например, причиной могли быть столкновения с огромными астероидами», – говорит Маххафи.

Марсоход Curiosity будет оснащен модулем анализа текущего состояния атмосферы, это позволит найти связь между верхними и нижними слоями атмосферы. Например, если марсоход заметит пылевую бурю, это может отразится и на верхних слоях из-за сильных ветров.

«Марсоход Curiosity нацелен на анализ минералов и геологические исследования для того, чтобы определить, были ли условия на Марсе в прошлом подходящими для жизни, – говорит Маххафи. – Он будет рыться в земле там, где когда-то могла течь вода или было озеро. Зонд MAVEN  тоже будет искать ответ на вопрос прошлой обитаемости Марса. Его задача – определить, какой была атмосфера планеты миллиарды лет назад, подходила ли она для жизни».