Как обнаружить жизнь на ледяном спутнике Сатурна Энцеладе

Окруженный огромным океаном под толстой ледяной оболочкой, Энцелад является горячим кандидатом на потенциальное убежище инопланетной жизни.

Группа исследователей во главе с Аризонским университетом пришла к выводу, что будущая миссия может дать ответы, даже не приземляясь на крошечный мир.

Загадка того, может ли микробная инопланетная жизнь обитать на Энцеладе, одном из 83 спутников Сатурна, может быть решена с помощью орбитального космического зонда.

В статье, опубликованной в журнале Planetary Science Journal, исследователи Аризонского университета намечают, как гипотетическая космическая миссия может дать определенные ответы.

Когда Энцелад впервые был исследован в 1980 году космическим кораблем НАСА «Вояджер-1», он выглядел как маленький, не слишком захватывающий «снежный ком» в небе.

Позже, в период с 2005 по 2017 год, зонд НАСА «Кассини» пролетел вокруг системы Сатурна и с беспрецедентной точностью изучил сложные кольца и спутники Сатурна.

Ученые были ошеломлены, когда Кассини обнаружил, что толстый слой льда Энцелада скрывает обширный теплый соленый океан, выделяющий метан, газ, который обычно возникает в результате микробной жизни на Земле.

Метан вместе с другими органическими молекулами, составляющими основу жизни, был обнаружен, когда «Кассини» пролетал сквозь гигантские водяные шлейфы, извергающиеся с поверхности Энцелада.

Когда крошечная луна вращается вокруг кольцевого газового гиганта, она сжимается и притягивается огромным гравитационным полем Сатурна, нагревая ее внутреннюю часть из-за трения. В результате из трещин и щелей на ледяной поверхности Энцелада в космос устремляются эффектные шлейфы воды.

В прошлом году группа ученых из Университета Аризоны и Парижского университета науки и литературы в Париже подсчитала, что если бы на Энцеладе могла возникнуть жизнь, то с высокой вероятностью ее присутствие могло бы объяснить, почему Луна изрыгает метан.

«Чтобы узнать, так ли это, мы должны вернуться на Энцелад и посмотреть», — сказал Режис Ферьер, старший автор новой статьи и доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны.

В своей последней статье Ферьер и его сотрудники сообщают, что, хотя гипотетическая общая масса живых микробов в океане Энцелада будет небольшой, посещение орбитального космического корабля — это все, что необходимо, чтобы точно знать, населяют ли океан Энцелада земноподобные микробы. под его оболочкой.

«Очевидно, что отправить робота, проползающего через трещины во льду и глубоко погружающегося на морское дно, будет непросто», — сказал Ферьер, пояснив, что были разработаны более реалистичные миссии, в которых использовались бы модернизированные инструменты для отбора проб шлейфов, как это сделал Кассини, или даже приземлиться на поверхность Луны.

«Моделируя данные, которые более подготовленный и продвинутый орбитальный космический корабль собирал бы только из шлейфов, наша команда теперь показала, что этого подхода будет достаточно, чтобы с уверенностью определить, есть ли жизнь в океане Энцелада, без фактического зондирования. глубины луны, — сказал он.

«Это захватывающая перспектива».

Расположенный примерно в 800 миллионах миль от Земли, Энцелад совершает оборот вокруг Сатурна каждые 33 часа.

Хотя Луна даже не такая широкая, как штат Аризона, она визуально выделяется своей поверхностью; как замерзший пруд, сверкающий на солнце, луна отражает свет так, как никакой другой объект в солнечной системе.

Вдоль южного полюса Луны по меньшей мере 100 гигантских водяных шлейфов прорываются сквозь трещины в ледяном ландшафте, подобно лаве из сильного вулкана.

Ученые считают, что водяной пар и частицы льда, выбрасываемые этими гейзероподобными элементами, вносят свой вклад в одно из знаковых колец Сатурна. Эта выброшенная смесь, которая поднимает газы и другие частицы из глубины океана Энцелада, была отобрана космическим кораблем «Кассини».

Избыток метана, обнаруженный Кассини в шлейфах, вызывает в воображении образы необычных экосистем, обнаруженных в лишенных света глубинах земных океанов: гидротермальных жерл.

Здесь, на краях двух смежных тектонических плит, горячая магма под морским дном нагревает океанскую воду в пористой коренной породе, создавая «белые курильщики», жерла, извергающие обжигающе горячую, насыщенную минералами морскую воду.

Не имея доступа к солнечному свету, организмы зависят от энергии, хранящейся в химических соединениях, выделяемых белыми курильщиками, чтобы зарабатывать на жизнь.

«На нашей планете гидротермальные источники изобилуют жизнью, большой и маленькой, несмотря на темноту и безумное давление», — сказал Ферьер. «Самые простые живые существа — это микробы, называемые метаногенами, которые питаются энергией даже в отсутствие солнечного света».

Метаногены преобразуют диводород и углекислый газ для получения энергии, высвобождая метан в качестве побочного продукта. Исследовательская группа Ферьера смоделировала свои расчеты, основываясь на гипотезе о том, что на Энцеладе есть метаногены, населяющие океанические гидротермальные жерла, похожие на те, что обнаружены на Земле.

Таким образом исследователи подсчитали, какой будет общая масса метаногенов на Энцеладе, а также вероятность того, что их клетки и другие органические молекулы могут быть выброшены через шлейфы.

«Мы были удивлены, обнаружив, что гипотетическое количество клеток будет равняться биомассе только одного кита в глобальном океане Энцелада», — сказал первый автор статьи Антонин Аффхолдер, научный сотрудник Университета Аризоны с докторской степенью, работавший в Paris Sciences & Письма при проведении этого исследования.

«Биосфера Энцелада может быть очень разреженной. И все же наши модели показывают, что было бы достаточно продуктивно питать шлейфы органическими молекулами или клетками в количестве, достаточном для того, чтобы его можно было уловить приборами на борту космического корабля будущего».

В последнее время Энцелад привлек внимание как место, которое когда-нибудь стоит посетить и изучить более тщательно. Одно предложение, «Орбиландер Энцелада», разработанное Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса, предусматривает миссию, которая соберет обширные данные об Энцеладе, приземлившись на это небесное тело и облетев его вокруг этого небесного тела, начиная с 2050-х годов.

«Наше исследование показывает, что если биосфера присутствует в океане Энцелада, признаки ее существования могут быть обнаружены в материале шлейфа без необходимости приземляться или бурить, — сказал Аффхолдер, — но для такой миссии потребуется орбитальный аппарат, чтобы пролететь через него». шлейф несколько раз, чтобы собрать много океанического материала».

В работе приведены рекомендации по минимальному количеству материала, которое необходимо собрать из шлейфов для уверенного поиска как микробных клеток, так и некоторых органических молекул. Наблюдаемые клетки продемонстрировали бы прямое свидетельство жизни.

«Вероятность того, что настоящие клетки могут быть найдены, может быть невелика, — сказал Аффхолдер, — потому что им придется пережить процесс дегазации, переносящий их через шлейфы из глубокого океана в космический вакуум — довольно большое путешествие для крошечной клетки. ”

Вместо этого авторы предполагают, что обнаруженные органические молекулы, такие как определенные аминокислоты, могут служить косвенным свидетельством в пользу или против среды, изобилующей жизнью.

«Учитывая, что, согласно расчетам, любая жизнь на Энцеладе будет крайне редкой, все же есть хороший шанс, что мы никогда не найдем достаточно органических молекул в шлейфах, чтобы однозначно заключить, что она там есть», — сказал Ферьер.

«Итак, вместо того, чтобы сосредоточиться на вопросе о том, сколько достаточно, чтобы доказать существование жизни, мы спросили: «Каково максимальное количество органического материала, которое могло бы присутствовать в отсутствие жизни?»

По мнению авторов, если бы все измерения вернулись выше определенного порога, это могло бы сигнализировать о том, что жизнь является серьезной возможностью.

«Окончательные доказательства того, что живые клетки попали в чужой мир, могут оставаться неуловимыми для поколений», — сказал Аффхолдер. — А до тех пор тот факт, что мы не можем исключить существование жизни на Энцеладе, вероятно, лучшее, что мы можем сделать.

Автор Кайлиэнн Чедвик.