Могут ли бактерии из космоса попасть на Землю? Спойлер - да. Математики из Санкт-Петербургского университета провели расчеты и создали модель, описывающую аэродинамический нагрев спор бактерий, движущихся в верхней атмосфере. Результаты показали, что внеземные микроорганизмы, входящие в атмосферу на сверхвысоких скоростях, способны выдерживать высокие температуры при падении на Землю.
Возрастающее загрязнение околоземного пространства микроскопическими продуктами техногенной деятельности в космосе не только представляет угрозу для орбитальных космических аппаратов, но и создает серьезные проблемы для экологии Земли. Как выяснили ученые, это связано в первую очередь с тем, что мелкие частицы могут выдерживать аэродинамический нагрев при входе в плотные слои атмосферы. Сохраняя свои свойства после такого воздействия, бактерии опускаются в приземные слои атмосферы и на земную поверхность. В определенных случаях — например, когда речь идет о частицах из радиоактивных материалов, — техногенные микрочастицы представляют реальную опасность для биосферы нашей планеты.
Исследования последних лет показывают, что к числу потенциально опасных для живых организмов микрообъектов относятся также возвращающиеся из космоса на Землю микробиологические объекты земного происхождения. Они могут выноситься с поверхности планеты в космическое пространство в результате техногенной деятельности или вследствие действия возможного «ионосферного лифта» — переноса тропосферного аэрозоля с поверхности Земли в верхнюю ионосферу.
На существование такого лифта косвенно указывают данные натурного эксперимента «Тест». Результаты российского эксперимента «Биориск», проведенного на МКС специалистами Института медико-биологических проблем РАН, показали, что споры некоторых земных бактерий способны выжить даже при длительном (более 1,5 года) нахождении в открытом космосе. При этом они могут мутировать, приобретая новые свойства.
Такие микробиологические объекты могут представлять опасность для земной биосферы, если их аэродинамический нагрев при входе в атмосферу недостаточен для их стерилизации.
До сих пор возможные температуры импульсного аэродинамического нагрева спор бактерий при входе в атмосферу и возможности их выживания учеными детально не исследовались. Однако недавно исследователи Санкт-Петербургского университета создали математическую модель, которая описывает движение и нагрев сферической частицы из углерода, имитирующей спору бактерии.
«Программа основана на совместном численном решении уравнений движения в околоземном пространстве модельного микробиологического объекта, а также уравнения теплового баланса, которое описывает изменение внутренней энергии», — объяснил автор исследования, профессор кафедры физической механики СПбГУ Евгений Колесников.
Результаты численного моделирования показывают, что максимальные температуры аэродинамического нагрева спор земных бактерий, отделяющихся от поверхностей крупных низкоорбитальных объектов искусственного происхождения, оказываются существенно ниже предельной температуры их выживания при импульсном нагреве.
Кроме того, данные численных экспериментов дают основания предполагать, что споры гипотетических внеземных бактерий размером не более микрометра (миллионная доля метра) способны выдерживать аэродинамический нагрев при входе в атмосферу Земли со скоростями, превышающими как вторую, так и третью космические скорости.