|
Планеты, на которых нет воды, могут производить жидкости
|
|
|
|
Вода необходима для жизни на Земле. Следовательно, жидкость должна быть необходимым условием для жизни в других мирах. На протяжении десятилетий ученые определяли обитаемость других планет на основе этого предположения.
|
|
|
|
Но то, что делает некоторые планеты пригодными для жизни, может иметь очень мало общего с водой. На самом деле, совершенно другой тип жидкости мог бы поддерживать жизнь в мирах, где вода едва ли может существовать. Такую возможность выдвигают ученые Массачусетского технологического института в исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
|
|
|
|
В ходе лабораторных экспериментов исследователи обнаружили, что тип жидкости, известный как ионная жидкость, может легко образовываться из химических компонентов, которые, как ожидается, также можно найти на поверхности некоторых каменистых планет и спутников. Ионные жидкости - это соли, которые существуют в жидкой форме при температуре ниже 100 градусов по Цельсию.
|
|
|
|
Эксперименты команды показали, что такая жидкость образуется из смеси серной кислоты и некоторых азотсодержащих органических соединений. На каменистых планетах серная кислота может быть побочным продуктом вулканической активности, в то время как азотсодержащие соединения были обнаружены на нескольких астероидах и планетах нашей Солнечной системы, что позволяет предположить, что эти соединения могут присутствовать и в других планетных системах.
|
|
|
|
|
|
|
Ионные жидкости имеют чрезвычайно низкое давление паров и не испаряются; они могут образовываться и сохраняться при более высоких температурах и более низких давлениях, чем те, которые может выдержать жидкая вода. Исследователи отмечают, что ионная жидкость может быть благоприятной средой для некоторых биомолекул, таких как определенные белки, которые могут оставаться стабильными в жидкости.
|
|
|
|
Ученые предполагают, что даже на планетах, которые слишком теплые или атмосфера которых имеет слишком низкое давление, чтобы поддерживать жидкую воду, все еще могут существовать очаги ионной жидкости. А там, где есть жидкость, там может быть и потенциал для жизни, хотя, скорее всего, ничего похожего на земных водных существ не будет.
|
|
|
|
"Мы считаем, что вода необходима для жизни, потому что это то, что необходимо для жизни на Земле. Но если мы посмотрим на более общее определение, то увидим, что нам нужна жидкость, в которой может происходить обмен веществ для поддержания жизни", - говорит Рачана Агравал, возглавлявшая исследование в качестве постдока кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. "Теперь, если мы рассмотрим возможность использования ионной жидкости, это может значительно увеличить зону обитаемости для всех скалистых миров".
|
|
|
|
Соавторами исследования в Массачусетском технологическом институте являются Сара Сигер, профессор планетологии факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института с 1941 года, профессор физического факультета и факультета аэронавтики и астронавтики, а также Ярослав Якубовский, Уэстон Бьюкенен, Ана Глидден и Цзинчэн Хуан. В число соавторов также входят Максвелл Сигер из Вустерского политехнического института, Уильям Бейнс из Кардиффского университета и Януш Петковский из Вроцлавского университета науки и технологии в Польше.
|
|
Скачок в жидкости
|
|
|
|
Работа команды с ионной жидкостью стала результатом усилий по поиску признаков жизни на Венере, где облака серной кислоты окутывают планету ядовитой дымкой. Несмотря на свою токсичность, облака Венеры могут содержать признаки жизни — предположение, которое ученые планируют проверить в ходе предстоящих миссий в атмосферу планеты.
|
|
|
|
Агравал и Сигер, возглавляющие миссию Morning Star на Венеру, исследовали способы сбора и испарения серной кислоты. Если миссия соберет образцы из облаков Венеры, необходимо будет выпарить серную кислоту, чтобы выявить любые остаточные органические соединения, которые затем можно было бы проанализировать на наличие признаков жизни.
|
|
|
|
Исследователи использовали свою специальную систему низкого давления, предназначенную для испарения избытка серной кислоты, чтобы проверить испарение раствора кислоты и органического соединения - глицина. Они обнаружили, что в каждом случае, хотя большая часть жидкой серной кислоты испарялась, всегда оставался стойкий слой жидкости.
|
|
|
|
Вскоре они поняли, что серная кислота вступает в химическую реакцию с глицином, в результате чего происходит обмен атомами водорода между кислотой и органическим соединением. В результате получилась текучая смесь солей, или ионов, известная как ионная жидкость, которая сохраняется в жидком виде в широком диапазоне температур и давлений.
|
|
|
|
Эта случайная находка породила идею: может ли ионная жидкость образовываться на планетах, где слишком тепло, а атмосфера слишком разрежена для существования воды?
|
|
|
|
"Исходя из этого, мы сделали невероятный шаг вперед в понимании того, что это может означать", - говорит Агравал. "Серную кислоту на Земле добывают из вулканов, а органические соединения были обнаружены на астероидах и других планетных телах. Это заставило нас задуматься, могут ли ионные жидкости потенциально образовываться и существовать естественным образом на экзопланетах".
|
|
|
|
Скалистые оазисы
|
|
|
|
На Земле ионные жидкости в основном синтезируются для промышленных целей. Они не встречаются в природе, за исключением одного конкретного случая, когда жидкость образуется в результате смешивания ядов, вырабатываемых двумя конкурирующими видами муравьев.
|
|
|
|
Команда решила исследовать, в каких условиях ионная жидкость может быть получена естественным путем и в каком диапазоне температур и давлений. В лаборатории они смешивали серную кислоту с различными азотсодержащими органическими соединениями. В предыдущей работе команда Сигера обнаружила, что соединения, некоторые из которых можно считать ингредиентами, связанными с жизнью, удивительно стабильны в серной кислоте.
|
|
|
|
"В старших классах вы узнаете, что кислота хочет отдать протон", - говорит Сигер. "И, как ни странно, из нашей прошлой работы с серной кислотой (основным компонентом венерианских облаков) и азотсодержащими соединениями мы знали, что азот хочет получить водород. Как будто мусор одного человека - это сокровище другого".
|
|
|
|
В результате реакции могло бы получиться немного ионной жидкости, если бы серная кислота и азотсодержащая органика находились в соотношении один к одному - соотношении, которое не было предметом предыдущей работы. Для своего нового исследования Сигер и Агравал смешали серную кислоту с более чем 30 различными азотсодержащими органическими соединениями при различных температурах и давлениях, а затем наблюдали, образуется ли ионная жидкость при выпаривании серной кислоты из различных флаконов. Они также смешали ингредиенты с базальтовыми породами, которые, как известно, встречаются на поверхности многих скалистых планет.
|
|
|
|
"Мы были просто поражены тем, что ионная жидкость образуется в стольких различных условиях", - говорит Сигер. "Если вы нанесете серную кислоту и органику на камень, избыток серной кислоты просочится в поры камня, но на камне все равно останется капля ионной жидкости. Что бы мы ни пробовали, ионная жидкость все равно образовывалась".
|
|
|
|
Команда ученых обнаружила, что в результате этих реакций образуется ионная жидкость при температуре до 180 градусов Цельсия и чрезвычайно низком давлении — намного ниже, чем в атмосфере Земли. Их результаты показывают, что ионные жидкости могут естественным образом образовываться на других планетах, где при определенных условиях не может существовать жидкая вода.
|
|
|
|
"Мы представляем себе планету, более теплую, чем Земля, на которой нет воды, и в какой-то момент в прошлом или в настоящее время на ней должна была быть серная кислота, образовавшаяся в результате вулканического газообразования", - говорит Сигер. "Эта серная кислота должна пролиться на небольшой слой органики. А органические отложения чрезвычайно распространены в Солнечной системе".
|
|
|
|
Затем, по ее словам, образующиеся скопления жидкости могут оставаться на поверхности планеты, возможно, в течение многих лет или тысячелетий, где они теоретически могут служить небольшими оазисами для простых форм жизни, основанных на ионной жидкости. В дальнейшем команда Сигера планирует продолжить исследования, чтобы понять, какие биомолекулы и ингредиенты, необходимые для жизни, могут выживать и процветать в ионной жидкости.
|
|
|
|
"Мы только что открыли ящик Пандоры для новых исследований", - говорит Сигер. "Это было настоящее путешествие".
|
|
|
|
Источник
|
