Если на Энцеладе есть жизнь, то мы примерно знаем как она выглядит

Если на Энцеладе есть жизнь, то мы примерно знаем как она выглядит

Луна-спутник Сатурна Энцелад в последнее время – не просто камень, болтающийся вокруг самой загадочной планеты Солнечной системы, но и место поиска инопланетной жизни. Считалось, что там ничего нет, пока аппарат NASA Cassini не обнаружил признаки активных гейзеров и жидкого океана под его замороженной поверхностью. Теперь это обледенелая луна является одним из самых вероятных мест, где можно встретить внеземную жизнь в нашей солнечной системе. В прошлом году, когда ученые проанализировали гейзер океана Энцелада, они обнаружили доказательства гидротермальных реакций, которые воспроизводят H2, могущий служить пищей для какого-нибудь маленького энцеладианского организма.

В публикации Nature Communications, одна исследовательская группа решила выстроить предположения насчёт потенциальной жизни на Энцеладе. Саймон Риттманн, изучающий одноклеточные микроорганизмы в Венском университете, определил, что особый вид земных микробов может выживать в условиях, которые, по мнению ученых, существуют под ледяной поверхностью спутника Сатурна. Другими словами, если на Энцеладе есть жизнь, она может быть похожа на Methanothermococcus okinawensis.

Methanothermococcus okinawensis — это метаноген, тип археи (своего рода один организм, отличный от бактерий и эукариот, подобных нам), которые превращают молекулярный водород и углекислый газ в метан, признаки которого также обнаружил Cassini в гейзерах Энцелада. На Земле эти организмы живут в глубоководном гидротермальном оттоке у берегов Японии. Риттманн и его команда поместили несколько метаногенов в среду, соответствующую предполагаемой на Энцеладе, но выжил только M. okinawensis. Теоретически, если бы какая-то будущая миссия доставила образец этого метаногена на поверхность спутника, он мог бы, вероятно, его колонизировать.

Но доказывает ли это что-нибудь? На самом деле, нет. Метаногены вряд ли являются единственным возможным источником метана Энцелада. Некоторые гидротермальные вентиляционные отверстия на Земле могут производить метан даже в отсутствие жизни, а кометы, которые действительно не так сильно отличаются от маленьких ледяных Энцеладов, похоже, вбирают метан из межзвездных облаков. И даже если жизнь на Энцеладе производит метан, она вряд ли похожа на M. okinawensis – это всё равно что лошадь сравнивать с зеброй. «Природа обычно умнее нас. У неё возможно есть способ использовать это топливо совершенно по-другому» — говорит Хантер Уэйт, ученый из Юго-западного научно-исследовательского института. «Будет ли эта жизнь похожа на земную? Возможно нет. Будет ли она даже иметь в своей основе ДНК? Возможно, нет».

Это не означает, что ученые, подвергающие микробы воздействию условий Энцелада, тратят деньги впустую. «Я рад, что люди начинают глубоко изучать биологический метан» — говорит Кристофер Глейн, геохимик и исследователь Юго-западного научно-исследовательского института. «Следующий шаг — это тяжелая работа в лаборатории, чтобы выяснить, как космическому аппарату найти такую жизнь». Теперь, когда у ученых есть модельный организм, с которым можно работать, Глейн интересуется изотопным составом биологического метана. Разумеется, метан, выработанный микробами, будет содержать отличные от естественных изотопы углерода и водорода. «Было бы очень полезно определить некоторые требования к будущей миссии» — говорит Глейн. Космические аппараты НАСА отлично определяют изотопы, поэтому, если биологический метан, производимый микробами, имеет какие-то четкие отличия, его будет легко обнаружить.

Важность данных для будущих миссий к Энцеладу невозмоджно переоценить. «Мы не можем просто пролететь над полюсами спутника и найти там жизнь» — говорит Уэйт – «нам требуется больше узнать о химии спутника». Задолго до того возможной личной встречи инопланетян обнаружат космические миссии. Если люди в лаборатории не будут проверять гипотезы, пытаясь решитьь эти химические головоломки и разрабатывать устройства для их обнаружения, эти миссии, скорее всего, не заметят искомого.

Поверхность

Исследование полученных с аппарта «Вояджер-2» данных показало, что на поверхности спутника есть по меньшей мере пять различных типов ландшафта, в том числе участки с кратерами, гладкие области и ребристые участки. Там мало кратеров, зато много длинных трещин, своеобразных желобков и уступов. В составе поверхности Энцелада лежит в основном водяной лёд. Благодаря этому она имеет почти белый цвет и рекордную в Солнечной системе чистоту и отражательную способность.

В районе южного полюса расположены четыре крупные трещины. По бьющим из трещин фонтанам частиц льда высотой в многие сотни километров их обнаружила автоматическая станция «Кассини», созданная специально для исследования Сатурна и его спутников. Ученые выяснили, что является источником энергии для этой беспрецедентно сильной вулканической активности. Этот нагрев могли бы объяснить медленные колебания спутника, видимые с Сатурна и называемые либрацией, при движении по орбите. Температура поверхности днём — около −200 °C. В разломах южной полярной области она местами достигает около −90 °C.

Исследования «Кассини» показывают, что тектоника — основной фактор, формирующий рельеф Энцелада. Самые крупные и заметные её проявления — рифты, крупные линейные впадины, которые могут достигать 200 километров в длину, 5—10 — в ширину и около километра в глубину. Полосы криволинейных борозд и гребнейчасто отделяют гладкие равнины от кратерированных. Иногда эти полосы стыкуются под углом наподобие шеврона, иногда они приподняты, а вдоль них тянутся разломы и хребты.

Кратеры

Большая часть Энцелада покрыта кратерами с различной концентрацией и степенью разрушенности. Они названы именами персонажей из сборника арабских сказок «Тысяча и одна ночь», такими как Али-Баба, Дуньязада, Аладдин, Синдбад, Шахрияр, Зайнаб, Муса и Шахразада. «Кассини» сделал детальные снимки ряда кратерированных зон. На них видно, что многие кратеры Энцелада сильно деформированы вязкой релаксацией и разломами. Иногда они видны только благодаря приподнятой кромке. Релаксация поверхности (выравнивание рельефных участков со временем) происходит под действием гравитации. Скорость, с которой это происходит, зависит от температуры: чем теплее лёд, тем легче он выравнивается. Кроме того, многие кратеры Энцелада пересечены множеством тектонических разломов.

Гладкие равнины

Две гладкие равнины Энцелада — Сарандиб и Дийяр — были открыты ещё «Вояджером-2». Они имеют в основном низкий рельеф и очень слабо кратерированы, что указывает на их относительно молодой возраст. На снимках равнины Сарандиб, сделанных «Вояджером-2», ударных кратеров не видно вообще. Позже «Кассини» получил намного более детальные снимки этих областей, и оказалось, что они пересечены множеством низких хребтов и разломов. Сейчас считается, что эти детали рельефа возникли из-за напряжения сдвига. На детальных фотографиях равнины Сарандиб, снятых «Кассини», видны и небольшие кратеры. Они позволили оценить возраст равнины. Его оценки лежат в интервале от 170 миллионов до 3,7 миллиардов лет.

На снимках «Кассини», охватывающих неотснятые ранее участки поверхности, обнаружены новые гладкие равнины. Эта область (подобно южной полярной области) покрыта не низкими хребтами, а многочисленными пересекающимися системами желобов и горных хребтов. Она находится на стороне спутника, противоположной равнинам Сарандиб и Дийяр. В связи с этим предполагается, что на распределение различных типов рельефа по поверхности Энцелада повлияло приливное воздействие Сатурна. Сарандиб и Дийяр граничат на севере с рытвинами Самарканд и Арран соответственно.

Южный полярный регион

Изображения, полученные «Кассини» при сближении 14 июля 2005 года, показали своеобразную тектонически деформированную область, расположенную вокруг южного полюса Энцелада и достигающую 60° южной широты. На снимках было видно, что она испещрена разломами и хребтами. Там мало крупных ударных кратеров, из чего можно сделать вывод, что это самый молодой участок поверхности Энцелада (и всех ледяных спутников среднего размера). Судя по такому малому количеству кратеров на поверхности некоторые участкои этой области могут быть младше 500 000 лет.

Вблизи центра данной области можно увидеть четыре крупных, заметных невооруженным глазом, разлома, ограниченных с обеих сторон хребтами. С момента обнаружения и до 2006 года разломы носили неофициальное название «тигровые полосы». В 2006 году они получили собственные названия: рытвины Александрия, Каир, Багдад и Дамаск. Эти элементы рельефа названы в честь египетских городов, фигурирующих в сборнике арабских сказок «Тысяча и одна ночь». Официальные названия были утверждено Международным астрономическим союзом в 2006 году.

Глубина разломов достигает 500 метров, ширина — двух километров, а протяжённость — 130 километров. Эти разломы, по-видимому, — самые молодые детали околополярной области. Они окружены отложениями крупнозернистого водяного льда (который выглядит бледно-зелёным на спектрозональных снимках, полученных объединением изображений в ультрафиолетовом, зелёном и ближнем инфракрасном диапазоне). Такой же лёд виден и в других местах — в обнажениях и разломах. Его наличие указывает на то, что область достаточно молода и ещё не покрыта мелкозернистым льдом из Е-кольца.

Гейзеры

Первые следы гейзеров на Энцеладе были обнаружены "Кассини" еще в 2005 году, когда зонд только прибыл в систему Сатурна. Обнаруженные ими "тигровые полосы" на южном полюсе планеты выбрасывали в космос большое количество воды и песка, формировавшегося, как выяснили планетологи совсем недавно, внутри теплого и соленого подледного океана этой сатурнианской "луны".

Как рассказывают Эдвин Кайт (Edwin Kite) из университета Чикаго (США) и его коллега Аллан Рубин (Allan Rubin) из Пристоновского университета (США), одной из пока нераскрытых загадок этих гейзеров остается то, как они возникают. По словам ученых, в их поведении есть ряд странностей, которые достаточно сложно объяснить сжатием и "растягиванием" Энцелада под действием притяжения Сатурна или геологическими процессами в его недрах.

К примеру, ученые до сих пор не понимают того, почему "тигровые полосы" не затягиваются льдом в ходе извержений гейзеров. Также нет ответа на вопрос, почему извержения происходят с задержкой в пять часов после того, как приливные силы, порождаемые Сатурном, достигают максимума во время удалений и сближений луны и планеты-гиганта.

Кайт и Рубин нашли простое объяснение этому феномену, а также выяснили, почему гейзеры извергаются стабильным образом на протяжении полувека, просчитывая силу извержений и механику их появления при помощи суперкомпьютера.

Их секрет оказался достаточно банален – оказывается, что необходимой силы извержений, их частоты и прочих необъяснимых свойств гейзеров Энцелада можно достичь, если данные "тигровые" полосы представляют собой набор параллельных щелей, похожих по форме на узкие прямоугольники (или параллелепипеды, если смотреть на них в трехмерной проекции).

От размеров этих щелей зависит то, как будет вести себя вода – чем уже тигровые полосы, тем медленнее будет происходить извержение. Подобрав их размеры, ученые смогли добиться точного воспроизведения частоты выбросов, их силы и других параметров, а также показали, что мощности приливных сил, вырабатываемых Сатурном и Энцеладом, должно хватать на поддержание активности гейзеров на протяжении миллионов лет.

Схема образования гейзеров на Энцеладе

Состав выбросов из южной полярной области Энцелада по данным масс-спектрометра INMS, установленного на АМС «Кассини»:

Вода — 93 % ± 3 %
Азот — 4 % ± 1 %
Диоксид углерода — 3,2 % ± 0,6 %
Метан — 1,6 % ± 0,6 %
Аммиак, ацетилен, синильная кислота, пропан — следы (<1 br="">Содержание прочих соединений замерить не представляется возможным из-за ограничения на молекулярную массу <99.

В марте 2015 года журнал Nature сообщил об обнаружении на Энцеладе горячих гейзеров, выбросы которых содержат частицы диоксида кремния (SiO2).

Подповерхностный океан

Переданные «Кассини» в 2005 году снимки гейзеров, бьющих из «тигровых полос» на высоту 250 км, дали повод говорить о возможном наличии под ледяной корой Энцелада полноценного океана жидкой воды.

В основу этого вывода легли измерения гравитационного поля спутника, сделанные во время трех близких (менее 500 км над поверхностью) пролетов «Кассини» над Энцеладом в 2010—2012 годах. Полученные данные позволили ученым достаточно уверенно утверждать, что под южным полюсом спутника залегает океан жидкой воды. Размер водной массы сопоставим с североамериканским озером Верхним, площадь составляет около 80 тыс. км² (10 % от площади Энцелада), толщина — около 10 км, а глубины залегания — 30–40 км. Он простирается от полюса до 50-х градусов южной широты. Температура его верхних слоев может составлять около −45°С и с ростом глубины достигать 0...+1 °С, что сравнимо с температурой земных арктических и антарктических вод.

В апреле 2017 года обнародованы обработанные сведения, собранные зондом при пролёте 28 октября 2015 года с рекордного расстояния в 25 км над трещинами («тигровыми полосами») на южном полюсе: состав выбрасываемой сквозь них жидкости был проанализирован с помощью масс-спектрометров. Помимо воды, углекислого газа метана и аммиака ученые обнаружили большие количества водорода. Анализ состава указывает, по словам геологов, на активные гидротермальные процессы в океане Энцелада. Помимо генерации водорода, как отмечено в посвящённой этому публикации, что на дне океана, вероятно, происходят процессы восстановления углекислого газа до метана, а подобные гидротермальные реакции схожи с активностью древних океанов Земли, которая стала источником энергии для первых организмов.

Энцелад в разрезе. Космический аппарат NASA Cassini обнаружил, что луна имеет под своей поверхностью глобальный океан и, вероятно, гидротермальную активность. Шлейф частиц льда, водяного пара и органических молекул распыляется в южной полярной области луны. Картинка: NASA / JPL-Caltech


забэкапим ваш мозг
Действительно ли существует Планета Девять?

Читайте также:

 

 

 

 

ЕЩЁ ПО ТЕМЕ

12 января 2016