В облаках Венеры происходит что-то странное. Телескопы обнаружили необычно высокие концентрации молекулы фосфина — легковоспламеняющегося химического вещества с характерным запахом, обычно связанного с газами и гниющей микробной активностью — в атмосферном слое далеко над раскаленной поверхностью планеты.
Это открытие любопытно, потому что здесь, на Земле, фосфин практически всегда ассоциируется с живыми существами, либо с побочными продуктами метаболических процессов, либо с человеческими технологиями, например, промышленными фумигантами и метамфетаминовые лабораториями. Хотя эта молекула и токсична для многих организмов, она была выделена как явный признак жизни, так как ее очень трудно получить с помощью естественных геологических или атмосферных воздействий.
Окутанная серно-кислотными облаками, обладающая подавляющим поверхностным давлением и температурой, достаточно горячей, чтобы расплавить свинец, Венера - адский мир. Но конкретный слой облаков, где присутствует фосфин, оказался относительно теплым, с достаточным количеством солнечного света, имеющим атмосферное давление и температуру подобными земным. Результаты должны быть тщательно проверены научным сообществом. Однако они, похоже, вызовут новый интерес к изучению нашей соседней планеты-сестры.
Молекулярная тайна
"Это действительно озадачивающее открытие, ведь фосфин не вписывается в наши представления о том, какие химические вещества должны быть в атмосфере Венеры”, - передает Майкл Вонг, астробиолог из Вашингтонского университета. Планетолог Санджай Лаймай из Университета Висконсин–Мэдисон: "Суть в том, что мы не знаем, что происходит". К слову, ни Вонг, ни Санджай не участвовали в этой работе.
После Солнца и Луны Венера — самый яркий объект, видимый невооруженным глазом на земном небе. На протяжении тысячелетий люди рассказывали истории о сверкающем драгоценном камне, который появлялся на восходе и закате солнца. Именно блеск Венеры сделал ее привлекательной для Джейн Гривз, радиоастронома из Кардиффского университета в Англии. Обычно она фокусирует свое внимание на далеких новорожденных планетных системах, но хотела проверить свои способности молекулярной идентификации на мирах в пределах нашего космического двора.
В 2017 году Гривз наблюдал Венеру с помощью телескопа Джеймса-Клерка-Максвелла (JCMT) на Мауна–Кеа на Гавайях, в поисках "штрихкод", указывающего на присутствие различных химических веществ. При этом она заметила условную линию, связанную с фосфином. Данные показали, что в атмосфере планеты молекула присутствует примерно в двадцати долях на миллиард — концентрацией от тысячи до миллиона раз большой чем таковая на Земле. “Я был ошеломлен“, - говорит Гривз.
Фосфин — относительно простая молекула, содержащая один атом фосфора и три атома водорода. Известно, что он воняет чесноком или гниющей рыбой, хотя к тому времени, когда он достигает концентрации, где люди могут чувствовать его запах, он, вероятно, вызывает повреждение легких. В пилотном эпизоде сериала "Во все тяжкие" персонаж Брайана Крэнстона (Уолтер Уайт) готовит фосфиновый газ, чтобы вырубить двух нападавших, угрожавших ему.
Однако сделать это вещество не настолько просто, как нам это показали. Фосфор и водород “ненавидят друг друга”, говорит Клара Соуза-Сильва, молекулярный астрофизик из Массачусетского технологического института и соавтор исследования, открывшего фосфина. ”У водорода дела обстоят гораздо лучше, а фосфор скорее соединится с кислородом. Но если вы выбросите на них достаточно энергии, они могут объединиться и остаться стабильными в некоторых средах”.
Газовые гиганты Юпитер и Сатурн содержат фосфин, потому что у них есть невероятно горячие внутренние среды, энергетически благоприятными для производства. Парниковая атмосфера Венеры, напротив, полна кислородсодержащих химических веществ, таких как углекислый газ, который мешает нахождению фосфина. Для молекулы, просто присутствующей там, не говоря уже об обнаруженном количестве, для Гривза это стало настоящим "скребком в голове".
Тем временем Соуза-Сильва - под именем @DrPhosphine в Twitter - построила свою карьеру вокруг изучения фосфина, предсказывая способы его появления в атмосфере далекой экзопланеты. “Я рассматривала эти экзотические миры в световых годах отсюда — суперземли, тропические планеты, планеты сточных вод", - говорит она. “И все это время оно было здесь, по соседству.”
Исследователи со своими коллегами провели последующие наблюдения Венеры с помощью более мощной большой субмиллиметровой антенны Atacama (ALMA) в Чили, в прошлом году, снова обнаружив атмосферную сигнатуру фосфина. Затем они попытались предположить все возможные причины существования молекулы, включая вулканическую активность, удары молний и даже метеориты, разрушающиеся в атмосфере планеты. “Я думаю, что способы, предложенные нами, не дотягивали даже до 10 000", - вспоминает Гривз.
Конечно, могут существовать дополнительные пути к получению фосфина, которые команда еще не рассматривала. Но после момента, как они исчерпали свое воображение в поисках абиотических объяснений, исследователи почувствовали себя вынужденными признать еще одну вероятность в статье, опубликованной Nature Astronomy: молекула могла быть создана жизнью на Венере, аналогично тому, как жизнь является основным путем ее проявления на Земле.
Жизнь в облаках
Астробиологи давно влюблены в Марс —сухую, каменистую планету с условиями, не слишком отличающимися от земных. Совсем недавно они были поражены ледяными, потенциально обитаемыми мирами во внешней Солнечной системе, такими как извергающий гейзеры спутник Сатурна, Энцелад, и океаническая луна Юпитера, Европа. Но, несмотря на свои недостатки, Венера не была полностью проигнорирована учеными, размышляющими о внеземных обиталищах жизни.
От 50 до 60 километров над поверхностью Венеры находится атмосферный слой с давлением, равным давлению на уровне моря на Земле, и температурой от 0 до 50 градусов Цельсия. Если бы не сернокислотные облака, этот слой можно было бы назвать “гостеприимным". Даже если так, есть земные организмы, которые с радостью переносят такие чрезвычайно кислотные условия в горячих источниках или других средах.
Начиная с 1960-х годов, астрономы также заметили, что облака Венеры не отражают так много ультрафиолетового света Солнца, как это должно быть: неизвестное нечто в атмосфере, по-видимому, предпочтительно поглощает этот свет. Это наблюдение привело астробиологов Гарольда Моровица и Карла Сагана к предположению, что виновниками могут быть энергозатратные фотосинтетические организмы. Между тем, другие исследователи никогда не прекращали поиски альтернативных абиотических объяснений. Последние данные свидетельствуют о том, что планета все еще геологически активна. А модель, выпущенная ранее в этом году, показала, что на Венере, возможно, был океан в течение почти трех миллиардов лет — тот, что исчез всего несколько сотен миллионов лет назад. Вполне возможно, что жизнь могла возникнуть на Венере, когда наш братский мир был гораздо более похож на Землю, лишь став воздушным, поскольку беглый парниковый эффект сделал поверхность планеты непригодной для жизни.
”Я всегда считал, что жизнь в облаках Венеры столь же вероятна, что и в недрах Марса", - говорит Дэвид Гринспун, астробиолог из Института планетологии, который не принимал участия в исследовании. "Каждое из них — это среда, потенциально пригодная для жизни, но без всяких гарантий”.
Тем не менее, можно почти столь же хорошо показать, что облака Венеры враждебны жизни, какой мы ее знаем. Были обнаружены микробы, плавающие в атмосфере Земли, но ни один из них, как известно, не проводит весь свой жизненный цикл исключительно там. Все они рано или поздно должны приземлиться, а поверхность Венеры кажется слишком негостеприимным местом для подобного.
Рассматриваемая область Венеры также в 50 раз более засушлива, чем Чилийская пустыня Атакама —самое сухое место на Земле. И хотя это правда, что живые существа нашли действенные способы процветать в водной среде, окрашенной следами серной кислоты, условия на "злом" близнеце Земли существенно все меняют: ее облачный слой состоит в основном из серной кислоты с небольшим количеством воды.
Назад к Венере
Венера остается малоизученным местом. "Несмотря на то, что это, буквально, планета по соседству, есть много тайн, которые все еще необходимо раскрыть”, - говорит Вонг. "Чтобы исключить все абиотические объяснения появления фосфина, исследователям придется узнать гораздо больше о самой планете, включая ее химию, геологию и физику атмосферы", - добавляет он.
Другой проблемой может быть обнаружение самого фосфина. Шумовые пульсации накладываются на спектр Венеры в данных исследовательской команды; "Эти волнистые структуры могут имитировать сигнатуру фосфина", - говорит Бруно Безар, спектроскопист из Парижской обсерватории. “Я не вижу веских оснований утверждать, что это не рябь”.
Гривз считает, что шансы найти один и тот же сигнал с помощью двух отдельных средств, JCMT и ALMA, статистически малы. Тем не менее, она и ее коллеги надеются провести дополнительные наблюдения на других длинах волн, например, инфракрасных, чтобы еще увереннее говорить о первоначальных результатах. Создание карт, где появляется фосфин, с более высоким разрешением и наблюдение за тем, проявляет ли он какие-либо сезонные колебания, также может помочь связать его с биологическими процессами.
Во многих отношениях неожиданное открытие похоже на заявление 1996 года о потенциальной микроскопической жизни в Древнем марсианском метеорите, обозначенном Allan Hills 84001. Наряду со структурами, которые выглядели как ископаемые бактерии, образец содержал необычную форму кристаллов железа, которые казались идентичными тем, что производят микробные существа на Земле. Потребовалось много лет, прежде чем исследователи смогли найти неорганическое объяснение этим кристаллам.
Хотя в этом случае ожидания не были оправданы, "это заставило всех задуматься. А почему бы и нет?" - Говорит Гринспун. "Все, что мы знаем о Марсе, согласуется с этой возможностью. Это привело к огромному движению и катализировало астробиологию как область науки”.
Открытие фосфина могло бы сыграть аналогичную роль в привлечении внимания планетологов к Венере. В последние годы проявляется контингент исследователей, требующих новых миссий на нашу сестринскую планету. Россия предложила отправить свою миссию "Венера-Д", которая будет включать орбитальный и спускаемый аппараты, на Венеру, уже в 2026 году. Европейское космическое агентство также имеет космический аппарат EnVision на чертежах, и он может достичь своей цели уже в следующем десятилетии.
В настоящее время НАСА рассматривает предложения о финансировании двух различных миссий на Венеру в рамках своей программы Discovery: orbiting VERITAS и DAVINCI+. Последний должен провести первый зонд через атмосферу Венеры со времен советских аэростатов "Вега" 1984 года. Тестирование ожидается где-то в следующем году.
Любые из этих усилий, наряду с дополнительными наблюдениями при помощи телескопов на Земле, способны укрепить или ослабить аргументы в пользу фосфина на Венере. До тех пор многие в этой области, скорее всего, воздержатся от полного суждения. “Очень умозрительно говорить, что на Венере есть жизнь”, - говорит Вонг.
Со своей стороны, Соуза-Сильва надеется, что остальная часть научного сообщества подвергнет ее и ее коллег методам и выводам исследования строгой проверке. “Я уверена, что наши модели и сокращение данных хороши, но я все еще скептична”, - говорит она. "Я жду, что мир придет и укажет на мои ошибки”.
"Подобные дебаты важны для науки, потому что аналогичные головоломки будут разворачиваться каждый раз, когда кто-то начнет утверждать, что у него есть доказательства существования жизни на планете Солнечной системы или за ее пределами", - говорит Соуза-Сильва. “Я думаю, что очень трудно доказать что-то подобное. У нас есть врожденное желание искать жизнь, и у на есть собственные рациональные умы, которые говорят, что ничего из этого не является достаточным доказательством. Мы не хотим быть одни, но и не хотим ошибаться. Иногда эти две вещи трудно заставить сосуществовать”.
Источник: https://www.scientificamerican.com/article/venus-might-host-life-new-discovery-suggests/