Ледяной спутник Сатурна может облегчить обнаружение внеземной жизни

Фото из открытых источников

Морские брызги Энцелада медленно замерзают и распадаются на частицы, каждая из которых содержит преимущественно одну соль, что может облегчить обнаружение признаков жизни. Полная версия исследования была опубликована в журнале Science Advances.

Чтобы изучить океан, обычно нужно было бы отправиться туда. Энцелад, небольшой ледяной спутник Сатурна, вместо этого выбрасывает в космос частицы своего скрытого океана, и космический аппарат может пролететь сквозь эти брызги. Новые исследования показывают, что эти ледяные частицы представляют собой не беспорядочную смесь.

По мере медленного замерзания капель различные соли отделяются друг от друга. Затем столкновения разрушают замерзшие капли на мельчайшие зерна, многие из которых содержат высокую концентрацию одного и того же вещества. Это может значительно облегчить обнаружение любых следов жизни. Но это не означает, что там есть жизнь.

Под ледяной корой Энцелада, над каменистым ядром, скрывается глобальный океан. На его южном полюсе струи водяного пара и льда прорываются сквозь трещины, питая слабое кольцо вокруг Сатурна. С 2004 по 2017 год космический аппарат НАСА «Кассини» был оснащен прибором, измерявшим состав отдельных ледяных зерен в момент их столкновения с ним. Более ранние исследования использовали эти показания для обнаружения солей и органических соединений, поступающих из океана.

Новое исследование возглавил Франк Постберг, планетолог из Свободного университета Берлина, в сотрудничестве с коллегами из Германии, Японии, Китая, Великобритании и США.

Команда еще раз изучила около 1000 богатых солью зерен, обнаруженных аппаратом «Кассини» в период с 2004 по 2008 год. Большинство из них имели размер от 0,4 до 4 микрометров, что намного меньше ширины человеческого волоса.

Эти зерна были не все одинаковыми. Команда разделила их как минимум на пять основных типов, в каждом из которых преобладала разная соль, например, поваренная соль, карбонат натрия, фосфат натрия или хлорид калия. Смешанные зерна встречались редко.

Это открытие поставило под сомнение идею о том, что мгновенная заморозка скрепит все соли вместе в каждом зерне.

Постберг заявил, что результаты опровергли давно устоявшееся мнение. «Более десяти лет мы считали, что они мгновенно замерзнут из-за испарительного охлаждения, но, по-видимому, мы ошиблись», — сказал он.

Чтобы проверить эту идею, команда заморозила соленую воду, смешанную таким образом, чтобы она напоминала океан Энцелада. Они также провели химические расчеты, моделирующие процесс выведения солей из раствора при охлаждении воды.

Различные соли выпадают в осадок при разных температурах. Когда капли замерзали медленно, каждая соль успевала собраться в своем собственном слое, прежде чем образовывалась следующая.

Разделение частиц соответствовало результатам эксперимента «Кассини» только в том случае, если размер капель превышал примерно 10 микрометров. Кроме того, охлаждение происходило со скоростью менее 20°C в минуту. Более быстрое замораживание приводило к перемешиванию солей.

Исследователи считают, что морские брызги образуются в виде капель диаметром в сотни микрометров, которые выбрасываются вверх при лопании газовых пузырьков на поверхности воды. Слабая гравитация Энцелада способствует тому, что эти капли становятся крупнее, чем аналогичные брызги на Земле.

Замерзшая капля такого размера не соответствует мельчайшим зернышкам, которые наблюдал «Кассини». Ответ команды — столкновения.

Замерзшие капли льда, стремительно поднимаясь по узким трещинам во льду со скоростью более 100 метров в секунду, врезаются в стены и разлетаются на осколки. Фрагменты, как правило, содержат одну концентрированную соль.

Постберг рассказал, что это также объясняет давнюю загадку о том, почему частицы в шлейфе такие мелкие. По его словам, крупные зерна разрушаются в результате этих высокоскоростных столкновений, прежде чем их выбрасывает наружу.

Аналогичный принцип сортировки должен применяться и к органическим соединениям. Редкий компонент в океане окажется лишь в нескольких зернах, но будет сконцентрирован именно в них. В данных «Кассини» фосфат был обнаружен всего в 9 из 962 соленых зерен.

Для выявления редких молекул обычно требуются тщательные химические исследования в лаборатории.

«Энцелад фактически выполняет за нас большую часть работы по подготовке образцов для анализа, которая обычно требует больших усилий в химических лабораториях на Земле», — сказал Постберг.

Авторы называют это хорошей новостью для будущих миссий, при условии, что они будут анализировать зерна по одному. Смешивание большого количества зерен вместе нарушит результаты сортировки.

Европейское космическое агентство планирует миссию к Энцеладу, и, по словам Постберга, ее запуск запланирован на начало 2040-х годов.

Второе исследование, опубликованное в тот же день и проведенное исследователями из Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана, в соавторстве с Постбергом, показало, что в лабораторной модели щелочного океана Энцелада был выращен микроб, способный производить метан.

Микроорганизм продолжал размножаться, достигнув pH 11, что значительно превышает известный предел, питаясь водородом, образующимся в результате реакций между породой и водой.

Постберг заявил, что этот результат изменил его взгляд на возможность существования жизни на Энцеладе. По его словам, микробы, живущие без кислорода, хорошо подходят для имитации морского дна Энцелада, но считалось, что его сильно щелочной океан слишком суров для них.

Предыдущие исследования шлейфа породили надежды на существование жизни в этом районе. Один лабораторный анализ показал, что даже одно зерно может содержать клеточный материал, который обнаруживают приборы.

Новые исследования не показывают, что в этом океане что-либо живёт. Лабораторные капли не были идеально круглыми, и фрагменты могут по пути захватывать чистый лед из пара. Это затрудняет определение точной концентрации в океане.

Прибор «Кассини» также не мог различить некоторые соли, например, карбонат от бикарбоната. Кроме того, старые зерна были обнаружены много лет назад, дрейфуя в кольцах Сатурна, а не появившись свежими из струй.

Будущий космический аппарат мог бы проверить, действительно ли Энцелад естественным образом концентрирует химические компоненты, необходимые для жизни. Его ледяные выбросы могут стать перспективным местом для поиска жизни за пределами Земли.