14.12.2023, Гретхен Маккартни, Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния
Ученые давно знают, что гигантский шлейф ледяных зерен и водяного пара, извергающийся из луны Сатурна Энцелада, богат органическими соединениями, некоторые из которых важны для жизни, какой мы ее знаем. Теперь ученые, анализирующие данные миссии NASA «Кассини», сделали еще один шаг к доказательству обитаемости: они нашли убедительное подтверждение наличия цианистого водорода - молекулы, которая имеет ключевое значение для зарождения жизни.
Исследователи также обнаружили доказательства того, что океан, который скрывается под ледяной внешней оболочкой этой луны и питает выбрасываемый шлейф, содержит мощный источник химической энергии. До сих пор неизвестный источник энергии находится в форме нескольких органических соединений, некоторые из которых на Земле служат топливом для организмов.
Результаты, опубликованные в четверг, 14 декабря, в журнале Nature Astronomy, указывают на то, что внутри этой крошечной луны может быть гораздо больше химической энергии, чем считалось ранее. Чем больше доступной энергии, тем выше вероятность распространения и поддержания жизни.
«Наша работа предоставляет дополнительные доказательства того, что на Энцеладе находятся некоторые из наиболее важных молекул как для создания строительных блоков жизни, так и для поддержания этой жизни посредством метаболических реакций, - сказал ведущий автор Jonah Peter, докторант Гарвардского университета, который выполнил большую часть исследований, работая в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. - Похоже, Энцелад не только отвечает основным требованиям к обитаемости, но теперь у нас есть представление о том, как там могут образовываться сложные биомолекулы и какие химические процессы могут быть задействованы».
Универсальный и энергичный
«Открытие цианистого водорода было особенно захватывающим, потому что это отправная точка для большинства теорий о происхождении жизни», - сказал Питер. Жизнь, какой мы ее знаем, требует строительных блоков, таких как аминокислоты, а цианистый водород - одна из наиболее важных и универсальных молекул, необходимых для образования аминокислот. Поскольку его молекулы могут быть сложены вместе множеством различных способов, авторы исследования называют цианистый водород швейцарским армейским ножом для предшественников аминокислот.
«Чем больше мы пытались устранить пробелы в наших результатах, тестируя альтернативные модели, - добавил Питер, - тем убедительнее становились доказательства. В конце концов, стало ясно, что нет способа определить состав шлейфа без включения цианистого водорода».
В 2017 году ученые обнаружили на Энцеладе химические вещества, которые могли бы поддерживать возможную жизнь в его океане. Сочетание углекислого газа, метана и водорода в шлейфе наводило на мысль о метаногенезе, метаболическом процессе, в результате которого образуется метан. Метаногенез широко распространен на Земле и, возможно, сыграл решающую роль в возникновении жизни на нашей планете.
Интерактивная визуализация спутника Сатурна Энцелада в Eyes on the Solar System
Новая работа раскрывает доказательства существования дополнительных химических источников энергии, гораздо более мощных и разнообразных, чем образование метана: авторы обнаружили множество органических соединений, которые подверглись окислению, что указывает ученым на существование множества химических путей для потенциального поддержания жизни в подповерхностном океане Энцелада. Это объясняется тем, что окисление способствует высвобождению химической энергии.
«Если метаногенез подобен маленькой батарейке для часов с точки зрения энергии, то наши результаты предполагают, что океан Энцелада может предложить нечто более похожее на автомобильный аккумулятор, способный обеспечить большое количество энергии для любой жизни, которая может там присутствовать», - сказал Кевин Хэнд из JPL, соавтор исследования и главный исследователь проекта, который привел к новым результатам.
Математика - это путь
В отличие от предыдущих исследований, в которых использовались лабораторные эксперименты и геохимическое моделирование для воспроизведения условий, обнаруженных «Кассини» на Энцеладе, авторы новой работы полагались на подробный статистический анализ. Они изучили данные, собранные ионно-нейтральным масс-спектрометром «Кассини», который изучал газ, ионы и крупинки льда вокруг Сатурна.
Количественно оценив объем информации, содержащейся в данных, авторы смогли выявить тонкие различия в том, насколько хорошо различные химические соединения объясняют сигнал «Кассини».
«Существует множество потенциальных кусочков головоломки, которые можно сложить вместе, пытаясь сопоставить наблюдаемые данные, - сказал Питер. - Мы использовали математическое и статистическое моделирование, чтобы выяснить, какая комбинация кусочков паззла лучше всего соответствует составу шлейфа и позволяет максимально полно использовать ограниченный набор данных, без их чрезмерной интерпретации».
Ученые все еще далеки от ответа, могла ли жизнь зародиться на Энцеладе. Но, как отметил Питер, новая работа раскрывает химические пути возникновения жизни, которые можно протестировать в лаборатории. Между тем, миссия «Кассини» продолжает давать результаты через долгое время после того, как выяснилось, что Энцелад является активным спутником. В 2017 году миссия завершилась преднамеренным погружением космического аппарата в атмосферу Сатурна. «Наше исследование демонстрирует, что, хотя миссия «Кассини» завершилась, его наблюдения продолжают давать нам новую информацию о Сатурне и его спутниках, включая загадочный Энцелад», – сказал Том Нордхайм, планетолог JPL, который является соавтором исследования и был членом команды «Кассини».
Подробнее о миссии
Миссия «Кассини-Гюйгенс» была совместным проектом NASA, ЕКА (Европейское космическое агентство) и Итальянского космического агентства. JPL, подразделение Caltech в Пасадене, Калифорния, руководило миссией для Управления космических полетов NASA в Вашингтоне. JPL спроектировала и собрала орбитальный аппарат «Кассини».
Дополнительная информации о «Кассини»
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)
Оригинал: NASA Study Finds Life-Sparking Energy Source and Molecule at Enceladus
