Журнал Universe Today провел несколько замечательных дискуссий с исследователями о важности изучения ударных кратеров, планетарных поверхностей, экзопланет, астробиологии, физики Солнца, комет, атмосфер планет и планетарной геофизики, а также о том, как эти разнообразные научные области могут помочь исследователям и общественности лучше понять поиск жизни за пределами Земли. Здесь мы рассмотрим уникальную область космохимии и то, как она предоставляет исследователям знания, относящиеся как к нашей солнечной системе, так и за ее пределами, включая преимущества и проблемы, поиск жизни за пределами Земли, а также рекомендации для будущих студентов, желающих продолжить изучение космохимии. Но что такое космохимия и почему ее так важно изучать? "Космохимия - это изучение космического вещества, реальных материалов, из которых состоят планеты, звезды, спутники, кометы и астероиды", - рассказывает Universe Today доктор Райан Оглиор, доцент кафедры физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе. "Это вещество может принимать все формы материи: твердую, жидкую, газообразную и плазменную.
Космохимия отличается от астрономии, которая в первую очередь занимается изучением света, взаимодействующего с этим веществом. У изучения реальных астроматериалов есть два основных преимущества: 1) материалы отражают условия в то время и в том месте, где они сформировались, что позволяет нам заглянуть в глубокое прошлое; и 2) лабораторные измерения материалов чрезвычайно точны и чувствительны и продолжают совершенствоваться по мере совершенствования технологий". В двух словах, область космохимии, также известная как химическая космология, прекрасно отражает знаменитую цитату Карла Сагана: "Космос находится внутри нас. Мы состоим из звездного вещества. Мы - способ, с помощью которого космос познает себя". Понять космохимию - значит понять, как появилась Земля, как мы оказались здесь и, возможно, как появилась жизнь там, где мы (надеемся) ее когда-нибудь найдем.
Как и все научные области, космохимия включает в себя множество методов и стратегий, направленных на то, чтобы ответить на некоторые из самых сложных вопросов Вселенной, в частности, касающихся того, как возникли бесчисленные звездные и планетарные объекты по всей Вселенной. Эти методы и стратегии в первую очередь включают лабораторный анализ метеоритов и других физических образцов, доставленных из космоса, в том числе с Луны, астероидов и комет. Но каковы некоторые преимущества и проблемы изучения космохимии? "Одним из основных преимуществ космохимии является возможность воспроизведения результатов измерений", - говорит доктор Ольоре в интервью Universe Today. "Я могу измерить что-либо в своей лаборатории, а кто-то другой может измерить тот же объект или очень похожий объект в другой лаборатории, чтобы подтвердить мои измерения. Только после повторных измерений, проведенных в разных лабораториях и с использованием разных методов, данное утверждение будет признано сообществом. Это трудно сделать в астрономии, а также с помощью измерений с помощью дистанционного зондирования на космических аппаратах, изучающих другие тела Солнечной системы."
Помимо полетов "Аполлона" с экипажем на Луну, все остальные образцы из космоса были доставлены с помощью роботизированных космических аппаратов. Хотя со стороны это может показаться простым процессом, сбор образцов из космоса и возвращение их на Землю - это очень сложная и трудоемкая процедура, состоящая из бесчисленных тестов, процедур, точных расчетов и работы сотен-тысяч ученых и инженеров, которые следят за тем, чтобы каждая мелочь была учтена для обеспечения полного успеха миссии, часто для того, чтобы собрать всего несколько унций материала. Эта масштабная работа направлена не только на обеспечение успешного сбора проб, но и на обеспечение успешного хранения образцов, чтобы избежать загрязнения во время их возвращения домой, а затем на извлечение образцов, как только они приземлятся в капсуле на Земле, где они будут должным образом распакованы, каталогизированы и сохранены для лабораторного анализа.
Чтобы продемонстрировать сложность проведения миссии по возвращению образцов, только четыре страны успешно использовали роботов-исследователей для сбора образцов с другого планетарного тела и возвращения их на Землю: бывший Советский Союз, Соединенные Штаты, Япония и Китай. Бывший Советский Союз успешно возвращал лунные образцы на Землю на протяжении 1970-х годов; Соединенные Штаты вернули образцы с кометы, астероида и даже солнечных частиц; Япония успешно вернула образцы с двух астероидов; а совсем недавно Китаю удалось вернуть с Луны 61,1 унции, что является рекордом среди роботизированных миссий по возврату образцов. Но даже при всей сложности проведения успешной миссии по возврату образцов, чему космохимия может научить нас в поисках жизни за пределами Земли?
"Космохимия может рассказать нам о доставке ингредиентов, необходимых для жизни, на планеты или спутники с помощью астероидов или комет", - говорит доктор Ольоре в интервью Universe Today. "Поскольку у нас в лаборатории есть материал как астероидов, так и комет, мы можем сказать, могли ли эти тела доставить примитивные добиотические органические соединения. Конечно, это не означает, что жизнь на Земле (или где-либо еще) зародилась таким образом, это только один из путей. Обнаружение жизни в другом мире стало бы одним из величайших открытий в истории науки. Поэтому, конечно, мы хотели бы быть абсолютно уверены! Это требует повторных измерений в разных лабораториях с использованием разных методов, для чего требуется взять образцы на Земле. Я думаю, что единственный способ узнать наверняка, есть ли жизнь на Европе, Энцеладе или Марсе, - это привезти образцы на Землю из этих мест."
Как оказалось, НАСА активно работает над миссией по возвращению образцов с Марса (MSR), в рамках которой доктор Ольоре является членом команды по определению измерений MSR. Целью MSR будет путешествие на Красную планету, чтобы впервые в истории собрать и вернуть на Землю образцы марсианского реголита. Первый этап этой миссии в настоящее время выполняется марсоходом НАСА "Персеверанс" в кратере Джезеро, поскольку он медленно собирает образцы и разбрасывает их в пробирках по поверхности Марса для последующего извлечения с помощью MSR.
Что касается Европы, то, хотя было проведено несколько обсуждений относительно миссии по возвращению образцов, включая исследование 2002 года, в котором обсуждалась миссия по возвращению образцов из океана Европы, и исследование 2015 года, в котором обсуждалась потенциальная миссия по возвращению образцов шлейфа, в настоящее время не планируется никаких конкретных миссий по возвращению образцов с Европы, возможно, из-за огромного расстояния. Несмотря на это, доктору Ольоре было поручено возглавить роботизированную миссию на вулканический спутник Юпитера Ио, чтобы исследовать его многочисленные вулканы. Что касается Энцелада, то в рамках миссии Life Investigation for Enceladus ("Исследование жизни на Энцеладе") было подано несколько заявок на возвращение образцов из перьев Энцелада, хотя они еще не были приняты. Но что же является самым захватывающим аспектом космохимии, который доктор Ольоре изучал за свою карьеру?
"На мой взгляд, самым важным единичным измерением в истории космохимии были измерения изотопного состава кислорода Солнца", - говорит доктор Ольоре в интервью Universe Today. "Для этого нам нужно было вернуть образцы солнечного ветра на Землю, что мы и сделали в рамках миссии НАСА "Генезис". Однако капсула с образцами разбилась на Земле. Но остановило ли это космохимиков?! Черт возьми, нет! Кевин Маккиган и его коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали специализированный, огромный и сложный прибор для изучения этих образцов. Несмотря на катастрофу, Маккиган и его коллеги проанализировали содержание кислорода в солнечном ветре и обнаружили, что он на 6% легче кислорода, обнаруженного на Земле, и соответствует составу древнейших известных объектов в Солнечной системе: кальциево-алюминиевых включений миллиметрового размера (CAI), обнаруженных в метеоритах."
Далее доктор Ольоре рассказывает Universe Today о том, как этот результат был предсказан Бобом Клейтоном из Чикагского университета, а также отдает должное своему собственному постдоку Лайонелу Вашеру за проведение исследовательского проекта, основанного на результатах Genesis, отметив: "Это был действительно интересный проект, потому что он был технически очень сложным, и полученные результаты помещают солнечную систему в ее астрофизический контекст".
Подобно множеству научных дисциплин, которые Universe Today изучала в ходе этой серии, космохимия пользуется успехом благодаря своему междисциплинарному характеру, что способствует достижению цели ответить на некоторые из самых сложных вопросов, касающихся Вселенной. Доктор Ольоре подчеркивает, что анализ лабораторных образцов включает в себя множество научных исследований, позволяющих понять, что исследователи наблюдают в каждом образце, и процессы, ответственные за их создание. Кроме того, это также включает вышеупомянутые миссии по возвращению образцов и участие сотен и тысяч ученых и инженеров в каждой миссии. Итак, какой совет может дать доктор Ольоре будущим студентам, которые хотят изучать космохимию?
"Биология, химия, геология, физика, математика, электроника — вам нужно все это!" - говорит доктор Ольоре в интервью Universe Today. "Если вам нравится постоянно узнавать что-то новое, то наука о планетах - это для вас. Полезно получить очень широкое образование. Это пригодится вам в различных профессиях, но особенно актуально для планетологии и космохимии. Мне приходится работать с людьми, которые изучают вулканы, и математиками, изучающими хаотическое движение. Как это здорово?!"
Учитывая все обстоятельства, космохимия является одновременно чрезвычайно сложной и полезной областью исследований, позволяющей попытаться ответить на некоторые из самых сложных и давних вопросов, касающихся процессов, ответственных за существование небесных тел в Солнечной системе и за ее пределами, включая звезды, планеты, спутники, метеориты и кометы, а также за то, как зарождается жизнь. появился в нашем маленьком голубом мире. Как уже отмечалось, космохимия прекрасно подытоживает знаменитую цитату Карла Сагана: "Космос находится внутри нас. Мы состоим из звездного вещества. Мы даем возможность космосу познать себя". Именно с помощью космохимии и анализа метеоритов и других возвращенных образцов исследователи постепенно приближаются к ответу на вопрос, что создает жизнь и где мы можем ее найти.
"Метеориты - самое впечатляющее явление природы, известное человечеству", - говорит доктор Ольоре в интервью журналу Universe Today. "У нас есть камни с Марса, Луны, вулканических миров, астероида Веста и десятков других планет. Железные метеориты - это ядра отколовшихся планет. Эти камни фиксируют процессы, происходившие четыре с половиной миллиарда лет назад, и падают на Землю в виде пылающего огненного шара, летящего со скоростью несколько миль в секунду. Вы можете следить за различными блогами, которые отслеживают огненные шары, и даже вычислять районы, где могли упасть метеориты. Если у вас когда-нибудь будет возможность, попробуйте найти один из этих недавно упавших метеоритов. Шансы невелики, но попробовать стоит. Сам я еще не нашел метеорит, но это моя жизненная цель."
