|
Кометы доставили жизнь в океанические миры
|
|
|
|
На протяжении всей истории Земли на поверхность планеты регулярно падали кометы, метеориты и иногда крупные астероиды. Хотя эти события часто были разрушительными, иногда вплоть до массового вымирания, они, возможно, также сыграли важную роль в возникновении жизни на Земле. Это особенно верно в отношении эры Хадея (около 4,1-3,8 миллиарда лет назад) и Поздней Тяжелой бомбардировки, когда Земля и другие планеты внутренней Солнечной системы подверглись воздействию непропорционально большого количества астероидов и комет.
|
|
|
|
Считается, что именно благодаря этим ударным элементам вода попала во внутреннюю часть Солнечной системы и, возможно, стала строительным материалом для жизни. Но как быть со многими ледяными телами во внешней части Солнечной системы, естественными спутниками, которые вращаются вокруг газовых гигантов и в недрах которых есть океаны с жидкой водой (например, Европа, Энцелад, Титан и другие)?
|
|
|
|
Согласно недавнему исследованию, проведенному учеными из Университета Джона Хопкинса, ударные явления в этих "океанических мирах" могли внести значительный вклад в химический состав поверхности и недр, что могло привести к возникновению жизни.
|
|
|
Команду возглавляли Шеннон М. Маккензи, ученый-планетолог, и ее коллеги из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (JHUAPL). К ним присоединились исследователи из инженерной школы Тайера в Дартмуте, Университета Западного Онтарио, Школы наук о Земле и планетах Университета Кертина, Лаборатории планетарной обитаемости (PHL) в UPR в Аресибо, Jacobs Technology, Лаборатории реактивного движения НАСА и Научного центра исследований астроматериалов (ARES). в космическом центре имени Джонсона НАСА.
|
|
|
|
Статья, в которой подробно излагаются их выводы, была недавно опубликована в журнале Planetary Science.
|
|
Экзогенез
|
|
|
|
Как указано в их статье, столкновения с астероидами, кометами и крупными метеоритами чаще всего ассоциируются с разрушениями и событиями на уровне вымирания. Однако многочисленные свидетельства указывают на то, что эти же самые виды воздействий, возможно, способствовали появлению жизни на Земле примерно 4 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Эти события не только привели к появлению летучих веществ (таких как вода, аммиак и метан) и органических молекул, но и, как показывают современные исследования, создали новые субстраты и соединения, необходимые для жизни.
|
|
|
|
Более того, они создали различные среды, которые были необходимы для возникновения и поддержания жизни на Земле. Как писали исследователи,:
|
|
|
|
"Экзогенно доставленные материалы, по оценкам, были важным источником органики на ранней Земле. Ударные волны могли обеспечить энергию для органического синтеза важных предшественников, таких как HCN или аминокислоты.
|
|
|
|
"Железо и тепло от очень крупных ударных элементов могут способствовать ухудшению атмосферных условий, необходимых для обильного производства HCN. При ударах происходит разрушение и, при типичных земных явлениях, расплавление объекта: более проницаемые субстраты и выемка более глубоких слоев породы способствуют гидротермальной активности и созданию эндолитических местообитаний".
|
|
|
|
Согласно последним окаменелостям, самые ранние формы жизни появились на Земле примерно 4,28 миллиарда лет назад. Эти окаменелости были извлечены из осадков гидротермальных источников в зеленокаменном поясе Нуввуагиттук в северном Квебеке, Канада, что подтверждает, что гидротермальная активность сыграла жизненно важную роль в возникновении жизни на Земле.
|
|
|
|
Но как насчет множества "океанических миров", расположенных во внешней части Солнечной системы? Сюда входят такие небесные тела, как Европа, Ганимед, Энцелад и Титан, а также спутники Урана Ариэль и Титания, спутник Нептуна Тритон и транснептуновые тела, такие как Плутон, Харон и, возможно, другие.
|
|
|
|
Океанические миры
|
|
|
|
Этот термин относится к телам, состоящим преимущественно из летучих элементов, таких как вода, и различающимся между ледяной коркой и каменным и металлическим ядром. На границе ядра и мантии приливные колебания (результат гравитационного взаимодействия с другим телом) вызывают накопление тепла и энергии, выделяющихся через гидротермальные источники во льдах.
|
|
|
|
Это позволяет этим мирам поддерживать океаны жидкой воды в своих недрах. Короче говоря, в этих мирах есть все необходимые ингредиенты для жизни: вода, необходимые химические соединения и энергия.
|
|
|
|
Кроме того, данные миссии НАСА/ЕКА "Кассини–Гюйгенс" подтвердили, что шлейфы, регулярно извергающиеся из южной полярной области Энцелада, содержат органические молекулы. И последнее, но не менее важное: наличие кратеров на поверхности указывает на то, что эти тела испытывали столкновения с поверхностью на протяжении всей своей истории.
|
|
|
|
Естественно возникает вопрос: могли ли столкновения доставить необходимые строительные блоки жизни в "океанические миры" так же, как они доставили их во внутреннюю часть Солнечной системы? И если да, то что это означает относительно их потенциальной обитаемости сегодня? Как написала команда в своей статье:
|
|
|
|
"Процессы соударения, вероятно, являются важной частью ответов на эти вопросы, поскольку соударения могут способствовать обмену веществ через ледяную кору — либо путем прямого заделывания, либо путем промывки через ледяную кору — и, следовательно, вызывать эпизодические притоки органических и неорганических материалов с поверхности и/или от самого ударного элемента. Удары также могут создавать эфемерные микрокосмосы: любая жидкая вода, растаявшая во время удара, замерзает за время, соизмеримое с энергией удара."
|
|
|
|
"В этих карманах заложен потрясающий химический потенциал - от концентрирования солей до стимулирования синтеза аминокислот. Кроме того, ударная химия ледяных, иногда богатых органикой (особенно в случае титана) материалов-мишеней может привести к образованию новых "исходных" соединений (например, аминокислот или нуклеотидов) в бассейне расплава".
|
|
Расследование
|
|
|
|
Первым шагом Маккензи и ее команды было изучение начальных уровней шока, вызванного наиболее распространенными для океанических миров столкновениями — кометами, которые, вероятно, произошли из пояса Койпера и облака Оорта. Для этого команда рассчитала скорости и максимальное давление, которые были бы достигнуты при столкновении с ледяными и каменистыми телами.
|
|
|
|
Они также рассмотрели, как это будет варьироваться в зависимости от различных семейств (первичных или вторичных столкновений) и от того, какие системы были задействованы — например, Юпитер или Сатурн. В то время как первичные столкновения связаны с кометами или астероидами, вторичные столкновения вызваны выбросами, которые они создают.
|
|
|
|
В случае систем Юпитера и Сатурна вторичные объекты столкновения могут быть ледяными или скалистыми в зависимости от того, где они возникли (ледяные тела, такие как Европа, Энцелад и Титан, скалистые тела, такие как Ио, и более крупные астероиды). В то время как первичные удары имеют более высокую скорость и приводят к большему объему расплава), вторичные удары происходят чаще.
|
|
|
|
Чтобы определить размеры расплава, команда изучила наблюдаемые размеры кратеров на Европе, Энцеладе и Титане, а также динамические модели, которые рассчитывают совокупную скорость образования кратеров с течением времени. Затем они сравнили пиковое давление при ударе с пороговыми значениями выживаемости элементов, необходимых для жизни, органических молекул, аминокислот и даже микробов, выявленных в предыдущих исследованиях.
|
|
|
|
Исходя из этого, они определили, что при большинстве воздействий на Европу и Энцелад наблюдается пиковое давление, превышающее то, при котором могут выжить бактериальные споры. Однако они также установили, что значительное количество материала все еще остается после этих ударов и что более высокое давление при первом контакте также может способствовать синтезу органических соединений в талой воде, заполняющей кратеры.
|
|
|
|
Между тем, в среднем Титан и Энцелад испытывали столкновения с меньшими скоростями, создавая пиковое давление, которое находится в пределах допустимого диапазона как для бактериальных спор, так и для аминокислот.
|
|
|
|
Следующим шагом было определить, как долго сохранятся свежие кратеры и будет ли этого достаточно для синтеза биологических материалов. Основываясь на наблюдаемых размерах кратеров на Энцеладе и Европе, они определили, что самые долгоживущие кратеры существуют всего несколько сотен лет, в то время как на Титане могут пройти столетия или десятки тысяч лет, прежде чем новые кратеры замерзнут.
|
|
|
|
В то время как Европа и Энцелад подвергаются более скоростным ударам (из-за плотной атмосферы Титана), долгоживущая природа кратеров Титана означает, что на всех трех телах есть шанс провести эксперименты по органической химии.
|
|
|
|
Они также рассмотрели скорость всплытия на Европе, Энцеладе и Титане и то, как биологический материал будет циркулировать в их недрах. Во всех трех случаях спутники имеют относительно "молодой" рельеф, что подразумевает регулярные процессы всплытия.
|
|
Результаты
|
|
|
|
Основываясь на этих соображениях, Маккензи и ее команда пришли к выводу, что расплавы, образующиеся в результате столкновений комет с Европой, Энцеладом и Титаном, были достаточно частыми и продолжительными, чтобы представлять интерес для астробиологии. Однако это зависит от состава комет и поверхностного слоя льда, о котором идет речь. Как они резюмировали,:
|
|
|
|
"На Европе и Энцеладе выживание и отложение органики, попавшей в зону столкновения, является более важным, поскольку в ледяной коре меньше поверхностной органики, которая может стать источником таяния. На Титане выживание таких элементов, как фосфор, может быть более важным.
|
|
|
|
"Таким образом, даже небольшие, но более частые столкновения способствуют повышению астробиологического потенциала за счет доставки на поверхность менее модифицированных соединений, которые доступны либо для немедленной реакции в случае образования расплава, либо для дальнейшей переработки (в том числе при последующих столкновениях)".
|
|
|
|
Например, они обнаружили, что комета, столкнувшаяся с Европой со средней скоростью столкновения, создала бы кратер протяженностью 15 км (9,3 мили) и выделила бы ~1 км3 (0,24 мили) талой воды.
|
|
|
|
Основываясь на содержании глицина (незаменимой аминокислоты), обнаруженного на комете 67P Чурюмова–Герасименко, они определили, что выживет несколько частей на миллион, что примерно на три порядка больше, чем то, что наблюдается вокруг гидротермальных источников здесь, на Земле.
|
|
|
|
"Таким образом, импакторы содержат все химические компоненты, которые присутствуют в расплаве, обеспечивая органические и другие необходимые элементы в зависимости от состава импактора", - добавили они.
|
|
|
|
Хотя это не обязательно означает, что эти и другие "океанические миры" в настоящее время пригодны для обитания или активно поддерживают жизнь, они демонстрируют потенциал для будущих исследований.
|
|
|
|
В ближайшие годы такие миссии, как исследователь ледяных лун Юпитера (JUICE) Европейского космического агентства (ESA) и миссии НАСА Europa Clipper и Dragonfly, достигнут Ганимеда, Европы и Титана (соответственно). Также планируется создать орбитальный аппарат для исследования Энцелада, чтобы продолжить работу с того места, на котором остановился зонд Кассини-Гюйгенса, более внимательно изучив активность шлейфа Энцелада.
|
|
|
|
Таким образом, проведение отбора проб и анализа на месте на этих лунах могло бы дать глубокое представление о пребиотических химических путях и определить, при каких условиях может возникнуть жизнь. Эти выборочные исследования также ответят на более широкий вопрос о том, может ли существовать жизнь в недрах "океанических миров", и позволят получить представление о том, что найдут будущие миссии, подготовленные для исследования подо льдом.
|
|
|
|
Источник
|
