Небольшой ледяной спутник Сатурна под названием Энцелад является одной из главных целей в поисках жизни за пределами Солнечной системы. Новое исследование подтверждает, что Энцелад может быть пригоден для жизни.
Данные для этих новых исследований были получены с космического аппарата «Кассини», который находился на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год. В 2005 году «Кассини» обнаружил гейзероподобные шлейфы водяного пара и ледяных частиц, непрерывно извергающиеся из трещин в ледяной оболочке Энцелада.
В ходе последнего исследования Нозайр Хаваджа из Свободного университета Берлина и его команда провели повторный анализ образца материала с южного полюса Энцелада, доставленного «Кассини».
Большинство анализов твёрдых частиц из шлейфов Энцелада было проведено на E-кольце Сатурна. E-кольцо — это внешнее диффузное кольцо в величественной системе колец, окружающей планету. Оно постоянно пополняется материалом из шлейфов Энцелада. Но этот материал не свежий, и воздействие радиации в космосе может изменить его характеристики.
Более молодой материал, проанализированный Хаваджей и его коллегами, был получен «Кассини» во время особенно быстрого пролёта над южным полюсом Энцелада. Использование свежевыброшенного шлейфа гарантировало отсутствие каких-либо помех от радиации.
Так что же говорят нам эти и другие анализы образцов шлейфов о Энцеладе? В ранних образцах, полученных «Кассини», были обнаружены соляные соли натрия, что позволяет предположить, что шлейфы подпитываются подземным океаном жидкой воды, контактирующим с каменистым дном. Более поздние наблюдения за «колебаниями» Энцелада (незначительными изменениями в его вращении) относительно Сатурна показали, что его ледяная внешняя оболочка, вероятно, полностью отделена от каменистого ядра.
Это означает, что подземный океан Энцелада (зажатый между льдом и скалой) является глобальным и простирается по всей поверхности спутника. Океан, вероятно, поддерживается за счёт приливных деформаций, когда гравитационное притяжение Сатурна к Энцеладу то растягивает, то сжимает его, из-за чего Энцелад нагревается и океан не замерзает.
Возможность (пусть и косвенная) взять пробы из океана позволила провести более тщательное исследование обитаемости Энцелада, то есть выяснить, есть ли на Энцеладе необходимые для жизни в том виде, в котором мы её знаем, компоненты (а именно подходящий источник энергии и сочетание химических элементов).
Отбор проб шлейфов
Анализ образцов шлейфов «Кассини» стал возможен благодаря методу, который называется «масс-спектрометрия». Процесс начался с высокоскоростного столкновения «Кассини» (летящего со скоростью несколько километров в секунду) с собранным им твердым материалом шлейфа.
Это привело к разрушению более мелких заряженных фрагментов. После столкновения прибор подвергал фрагменты воздействию электрического поля, которое направляло их к детектору.
Время столкновения химических фрагментов с детектором использовалось для определения их массы и заряда. Затем учёные смогли «собрать пазл», чтобы определить, какие молекулы образовали эти фрагменты.
При попытке определить пригодность для жизни в данных следует искать определённые молекулы. Органические вещества — это просто молекулы, содержащие углерод. Поскольку жизнь на Земле основана на углероде, обнаружение углеродсодержащих молекул в любой форме — хорошее начало.
Органические вещества были с уверенностью обнаружены в шлейфе, в том числе "амины", которые могут быть предшественниками аминокислот (которые, в свою очередь, могут быть предшественниками белков). Также были обнаружены гораздо более крупные "макромолекулы". Но их точный состав в настоящее время неизвестен из-за ограничений оборудования «Кассини».
Углерод — один из элементов «CHNOPS» (углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера), которые составляют большинство атомов в живых организмах на Земле. За исключением серы, все эти элементы были обнаружены в шлейфе материала.
Масс-спектрометрия также может указать на типы источников энергии, имеющихся в океане. Фотосинтез, основной источник энергии для жизни на Земле, вряд ли возможен на Энцеладе, поскольку его океан скрыт под километрами льда. Для фотосинтеза нужен свет, а в океане почти наверняка темно.
К счастью, есть и другие способы, с помощью которых живые организмы могут получать энергию из окружающей среды. В конце 1970-х годов в глубинах океана были обнаружены обширные экосистемы вокруг гидротермальных источников — трещин на дне океана, из которых выходит горячая вода, богатая минералами.
Микроорганизмы, обитающие вокруг гидротермальных источников, являются «хемосинтезирующими» формами жизни. Они используют различные вещества, содержащиеся в гидротермальных водах, для проведения химических реакций и получения необходимой им энергии.
Судя по всему, в океане Энцелада в достаточном количестве присутствуют ингредиенты для некоторых хемосинтетических процессов, такие как углекислый газ и водород, что теоретически делает его пригодным источником энергии.
На самом деле количество водорода в шлейфе настолько велико, что для его объяснения потребовался бы современный источник в океане Энцелада, скорее всего, гидротермальные источники.
Недавнее исследование
Конечно, нужно с осторожностью использовать материал шлейфа для определения того, что находится внутри океана. Процессы, происходящие во время формирования шлейфа (когда он проходит через лёд и попадает в космос), могут как разбавлять, так и концентрировать определённые вещества. Под воздействием жёсткого излучения химические вещества в шлейфе могут вступать в реакцию, в результате чего материал перестаёт отражать состояние океана, из которого он был получен.
Последнее исследование, в котором анализировался только что выброшенный материал, позволяет решить эту проблему. Из-за более высокой скорости образцы, полученные во время пролёта, должны были фрагментироваться таким образом, чтобы в данных можно было увидеть больше типов молекул.
В собранных образцах действительно были обнаружены новые вещества, а также некоторые уже известные, что подтверждает их происхождение с Энцелада, а не в результате радиационных изменений. Некоторые из недавно обнаруженных веществ указывают на их гидротермальное происхождение.
Зная о потенциальной обитаемости Энцелада, Европейское космическое агентство планирует миссию, которая будет запущена в 2040-х годах, в рамках которой будут совершены облёты Энцелада и, возможно, даже выход на его орбиту и посадка на его поверхность.
С обновлённым набором инструментов миссия будет направлена на поиск признаков жизни в шлейфе вещества. Если жизнь существует вокруг гидротермальных систем на глубине Энцелада, то её путь к поверхности океана и далее в космос может быть долгим и трудным.
Тем не менее недавнее исследование Фабиана Кленнера из Вашингтонского университета и его коллег показало, что даже одну бактериальную клетку в ледяной крупице можно обнаружить с помощью масс-спектрометрии. Таким образом, сохраняется надежда на то, что если на Энцеладе есть жизнь, то её следы могут находиться в космосе и ждать, пока мы их обнаружим.