До сих пор считалось, что дефицит фосфора может быть существенным препятствием на пути возникновения жизни в океанах других миров Солнечной системы.
Из шести элементов — углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, — необходимых для возникновения жизни, какой мы ее знаем, реже всего в космосе встречается именно фосфор, ключевой компонент молекул ДНК и РНК. Поэтому при анализе обстоятельств в том или ином уголке космоса важно понимать, какая там ситуация с его соединениями.
Долгое время понять это было сложно. Уже десятки лет идет изучение образцов метеоритов, лунных и марсианских пород, а также состава гейзеров с ледяных спутников планет-гигантов Солнечной системы. Затем ученые сопоставляют результаты анализа с земными образцами в попытке понять, подходят ли внеземные условия для возникновения и поддержания жизни.
Проблема с фосфором в том, что он легко связывается в соединениях с кальцием, которые в воде выпадают в осадок. Если океан достаточно глубок, то полноценной конвекции в нем может и не быть. Тогда единожды выпавшие в осадок соединения могут никогда не вернуться в основную часть океанической толщи. Например, подледный океан Энцеледа имеет глубину 30-40 километров, что намного глубже земного. Но значит ли это, что фосфор там весь обязательно связан в осадках?
Стоит напомнить, что на Земле есть вода с высоким содержанием соединений фосфора, растворенных в толще вод, — содовые озера. И если подледные океаны спутников Сатурна и Юпитера по составу схожи с такими озерами, в них может быть много этого ценного элемента — и серьезные перспективы для жизни.
Открытый больше двух веков назад Энцелад по-настоящему заинтересовал ученых лишь 20 лет назад, когда межпланетная станция «Кассини» засекла над спутником Сатурна шлейфы ледяных частиц, вырывавшихся из-под поверхности. Это было свидетельством того, что Энцелад активен и под ледяной «скорлупой» скрывается океан.
Вылетающие из него частицы льда вносят значительный вклад в формирование предпоследнего кольца планеты-хозяина Сатурна — так называемого E-кольца. Поэтому анализ состава частиц этого кольца дает гораздо более качественную статистику по составу подледного океана, чем исследование данных редких «свежих» выбросов гейзеров Энцеледа.
поиске фосфора и его соединений авторы новой работы проанализировали данные «Кассини» по нескольким сотням пойманных в E-кольце крупиц с высокими концентрациями солей. В итоге они нашли там образцы со значительной концентрацией фосфатов — солей фосфорных кислот. Правда, всего девять штук.
Неравномерное распределение солей по крупицам льда может означать, что и в океане Энцелада они распределены неравномерно. Впрочем, по мнению авторов, на распределение соединений в выбросах может влиять сам процесс формирования гейзеров. Поэтому ученые полагают, что в целом извергнутые частицы — репрезентативный образец состава океана вблизи его поверхности подо льдом.
Чтобы понять, как в гипотетических условиях океанов Энцелада соединения фосфора удерживаются в воде, ученые провели лабораторные эксперименты с углеродистым хондритом — аналогом той породы, из которой состоит ядро спутника.
Опыты и теоретические расчеты подтвердили схожесть океанов спутника с содовыми озерами нашей планеты: высокая концентрация карбонатных минералов провоцирует снижение количества растворенного кальция, что ведет к повышению концентрации в воде растворенных соединений фосфора. Кальций в таких условиях просто не может «увлечь» весь фосфор в нерастворимый осадок. В итоге концентрация фосфора в океанах Энцеледа как минимум в 100 раз выше, чем в океанах Земли. Из места, которое считали бедным фосфором, местные водоемы внезапно превратились в гипернасыщенные этим элементом.
Долгое время именно отсутствие фосфора было существенным фактором, ставившим под сомнение возможности существования жизни на Энцеладе и других ледяных спутниках Солнечной системы. Ведь фосфор в воде не удавалось найти нигде, кроме Земли. А на нашей планете он поднимается к поверхности благодаря тектонике плит, которой нет на ледяных спутниках.
Конечно, наличие фосфора само по себе еще не гарантирует наличия жизни. Более того, чрезмерное его обилие может указывать и на ее отсутствие (некоторые слишком соленые озера Земли бедны жизнью).
«Если на Энцеладе есть жизнь, то почему остается так много химической энергии и питательных веществ?» — ставит вопрос один из авторов новой работы Ясухито Секине (Yasuhito Sekine), астробиолог из Токийского технологического института.