Шестой элемент: Получены новые подтверждения внеземной жизни

Титан: путешествие в прошлое Земли

Крупнейший спутник Сатурна — единственное небесное тело в Солнечной системе, на поверхности которого жидкость находится в стабильном состоянии. Но это не вода. Реки и озера на Титане — метановые. Объемы углеводородов в них в разы превышают совокупные запасы нефти и газа на Земле.

Моря и озера в северной полярной области Титана (по радарным снимкам “Кассини”)
© NASA / JPL-Caltech / USGS

Американцы готовят высадку на Титан. В 2027-м туда должен полететь космический корабль с беспилотным вертолетом на борту. В 2034 году он достигнет цели. Базовая программа рассчитана на два с половиной года.

Условия на планетоиде размером с полторы Луны хорошо подходят для полетов. Атмосфера небесного тела в четыре раза более плотная, чем на Земле. При этом гравитация составляет одну седьмую от земной. Помогать перемещениям будет попутный ветер — на Титане он дует всегда в одну сторону. За один получасовой полет аппарат под названием Dragonfly (“Стрекоза”) сможет покрыть 16 километров.

Беспилотный вертолет Dragonfly
© NASA’s Goddard Space Flight Center / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Дрон, вооруженный различными приборами, высадится в Шангри-Ла — эта область отличается структурами, напоминающими песчаные дюны Намибии. Затем, двигаясь на восток, беспилотник, похожий на военно-транспортный конвертоплан Osprey, достигнет ударного кратера Селк. Там сохранились свидетельства существования в прошлом жидкой воды и органических веществ — сложных молекул, содержащих углерод в сочетании с водородом, кислородом и азотом. То есть компонентов, необходимых для жизни.

Недавнее исследование Корнелльского университета позволило определить характер поверхности конечной остановки “Стрекозы”. Вычисления сделали на основе данных зонда “Кассини”, облетевшего Титан, и спускаемого аппарата “Гюйгенс”, севшего на спутник Сатурна в 2005-м. Кратер Селк находится на экваторе Титана. Большую часть времени там идет мелкая метановая изморось. Геология кратера представляет собой главным образом песок из метанового льда. Как замечают в НАСА, по виду он напоминает кофейную гущу.

Dragonfly будет исследовать предбиологическую химию. Задача — разгадать тайну происхождения жизни на Земле. Титан — идеальная лаборатория для изучения прошлого нашей планеты. Условия на нем очень похожи на те, что были у нас примерно 2,5–3,8 миллиарда лет назад. Тогда земная атмосфера, состоящая, как и на Титане, в основном из азота, также не содержала кислород. Что не помешало появлению первых микроорганизмов.

Титан скрыт оранжевой дымкой, что затрудняет его удаленное наблюдение. Возможно, когда-то такая же пелена окутывала Землю и помогала взрастить на ней жизнь — поддерживала умеренный климат, экранировала основную часть вредного ультрафиолетового излучения Солнца, способного разрушить ДНК.

Изображения Титана, полученные космическим аппаратом НАСА “Кассини”
© NASA/JPL/Space Science Institute

Шансов найти биологические формы на самом Титане мало: на поверхности луны для этого нет условий. А вода в глобальном подповерхностном океане, скорее всего, слишком соленая, чтобы быть чьим-то домом. Но окончательного опровержения наличия жизни в этом мире пока тоже нет.

Перед создателями “Стрекозы” стоят сложные задачи. Температура воздуха у поверхности Титана — минус 180 градусов по Цельсию. Но для работы беспилотника необходимо тепло. Ядерный источник энергии, питающий литиевые батарейки, разогревает дрон почти до комнатной температуры. А криогенные образцы, которые Dragonfly будет помещать в свой масс-спектометр DraMS, не должны подвергаться плавлению. Поэтому инженеры разрабатывают технологию Wonderwall — “чудо-стену”, отделяющую холодную мини-лабораторию аппарата от его разогретых частей.

Титан вдохновляет и частных разработчиков. Международная команда энтузиастов Conex Research недавно представила проект миссии “Астрей”, в ходе которой на Титан планируют отправить не только летательный аппарат, но и батискаф для изучения метановых озер.

Проект миссии “Астрей” © Conex Research

Европа: подводный снег

Условия жизни — это вода, химия (определенные химические элементы) и энергия. Различные данные — от визуального наблюдения до измерения магнитометром — доказали, что под ледяной коркой спутника Юпитера находится глобальный соленый океан. Воды в нем больше, чем во всех океанах Земли.

Так художник представил себе извержения гейзеров на Европе © NASA/JPL-Caltech

Для зарождения жизни нужны химические элементы: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Ученые считают, что они, вероятно, присутствовали на Европе в момент формирования. Позже астероиды и кометы, столкнувшиеся с этой луной и провалившиеся сквозь ледяную корку в океан, добавили ей органических или углеродсодержащих материалов.

Энергию недрам Европы задает Юпитер: под действием приливных сил на спутнике происходит геологическая активность. Тепло обеспечивает взаимодействие минералов с водой, что может привести к химическим реакциям. Кроме того, на поверхности планетоида излучение от Юпитера расщепляет воду на водород и кислород. H улетучивается, а O2 остается, составляя основную часть тонкой атмосферы спутника. Ученые предполагают, что кислород может проникать в океан, обеспечивая химическую энергию микробной жизни. Все это делает Европу наиболее перспективным направлением для поиска инопланетной жизни.

По оценкам специалистов, температура, давление и соленость океана Европы аналогичны показателям под шельфовым ледником в Антарктиде — а там, как известно, жизнь есть.

Сейчас систему Юпитера изучает зонд Juno (“Юнона”). В начале октября он заснял Европу с близкого расстояния. На снимке, сделанном звездным датчиком аппарата, поверхность спутника освещена отраженным от Юпитера светом. В кадр попала область 150 на 200 километров. Разрешение составляет 300 метров на пиксель. На фотографии можно рассмотреть двойные ледяные хребты. Объект, напоминающий музыкальную ноту длиной 67 километров с севера на юг и 37 — с запада на восток, НАСА называет “поверхностной особенностью”. Происхождение ее неясно.

Поверхность Европы, спутника Юпитера, 29 сентября 2022 © NASA/JPL-Caltech/SwRI

Возможно, это след от криовулкана. Недавнее исследование показало: подледный океан — не единственный резервуар с водой на Европе. Ученые предполагают, что в ледяной корке спутника на глубине от четырех до восьми километров есть озера. Им приписывают способность извергаться: только вместо лавы на поверхность вытекает ледяная каша — так называемая криолава.

Такие водоемы могут стать целью миссии Europa Clipper. Аппарат высадится на спутник Юпитера в 2030-м (запуск запланирован на 2024-й). А пока можно в режиме реального времени посмотреть, как его собирают в ультрагигиеничном отсеке. Инженеры НАСА стремятся не допустить попадания земной органики на Европу.

Аппарат Europa Clipper © NASA / JPL

Аппаратура на борту “Клиппера” предназначена для поисков признаков жизни. Посадочный модуль проработает на Европе три с половиной года. Он будет действовать в спайке с орбитальным аппаратом, кружащимся над спутником на высоте от 25 до 2700 километров. Для сравнения: свежий снимок “Юноны” сделан с высоты более 400 километров.

В рамках подготовки к полету идут удаленные исследования планетоида. Ученые выясняют особенности “европейского” льда. В августовской статье авторы сделали предположение, что в океане спутника снег поднимается со дна к поверхности, то есть как бы падает снизу вверх.

Энцелад: кандидат номер один

Еще один спутник Сатурна — Энцелад — самый яркий объект в Солнечной системе. Как и Европа, он покрыт льдом, под которым скрывается прослойка из воды. В районе южного полюса щит прорезан гигантскими царапинами. Это следы от гейзеров: частицы льда и пыли выбрасываются со скоростью 400 метров в секунду на высоту в сотни километров. В 2008-м через этот шлейф пролетел “Кассини”.

Изображение спутника Сатурна Энцелада, запечатленное космическим аппаратом “Кассини”.
© NASA / JPL-Caltech/Space Science Institute

Ионный и нейтральный масс-спектрометр космического аппарата обнаружил летучие, газовые и органические вещества в шлейфе, а анализатор космической пыли выявил органику в части ледяных зерен.

Среди прочего зонд поймал нанозерна кремнезема, которые могли образоваться только там, где жидкая вода и горная порода взаимодействуют при температуре выше 90 градусов по Цельсию. Это указывает на то, что глубоко под ледяной оболочкой есть гидротермальные источники, мало отличающиеся от земных. Как отмечают в НАСА, новые данные изменили направление планетарной науки и Энцелад стали рассматривать в качестве “наиболее пригодного места для жизни за пределами Земли”.

Собранного материала хватило на долгие годы исследований. В октябре 2022-го международная группа ученых выявила в океане Энцелада признаки наличия фосфора — шестого важного элемента для зарождения жизни. Углерод, водород, азот, кислород и серу нашли ранее. На Земле фосфор играет ключевую роль в образовании костей, зубов, клеточных мембран, ДНК и РНК у живых организмов.

Ученые выполнили термодинамическое и кинетическое моделирование, которое имитирует геохимию фосфора на основе сведений, полученных “Кассини”. Результатом стала подробная геохимическая модель того, как минералы морского дна растворяются в океане Энцелада. Она предсказывает, что фосфатные минералы будут там необычайно растворимы.

“Тигровые полосы” на поверхности спутника Сатурна Энцелада делают его непохожим ни на одно планетное тело в Солнечной системе © Фото : NASA, ESA, JPL, SSI, Cassini

Чтобы получить прямое подтверждение “строительных кубиков” жизни на Энцеладе, необходимо направить туда специальную миссию. Однако ни НАСА, ни другие космические агентства пока этого не планируют. Возможно, недавние исследования изменят ситуацию и растущий интерес ученых к спутнику Сатурна позволит найти финансирование. Проект исследования Энцелада может получить поддержку в 2024-м, когда состоится конкурс в рамках программы НАСА “Новые рубежи”. До сих пор предпочтения отдавали конкурирующим направлениям.

Пока неясно, на каком из трех спутников планет-гигантов Солнечной системы с большей долей вероятности обнаружится жизнь.

“Не думаю, что сейчас можно дать ответ на этот вопрос, — говорит РИА Новости заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН Дмитрий Вибе. — Мы знаем только, что на этих спутниках есть ингредиенты, необходимые, как мы сейчас думаем, для появления жизни. Но это совершенно не означает, что из них уже что-то сварилось. Поскольку мы не знаем, какие дополнительные условия нужны, вероятность мы посчитать не можем”.

И скорого ответа ждать не стоит. Современные технологии пока не позволяют пробурить ледяные щиты на Титане и Европе, отмечает ученый. Поэтому исследование таких явлений, как криовулканизм, остается основным способом поиска внеземной жизни. Однако пока он дает лишь косвенные “улики”.

Текст: Н. Гурьянов

Источник

• Ключевые слова: Шестой элемент,Получены новые подтверждения,внеземной жизни