|
Перенос подземного океана Энцелада в лабораторию
|
|
|
|
С помощью новых экспериментов исследователи из Японии и Германии воссоздали химические условия, характерные для подземного океана спутника Сатурна Энцелада. Результаты, опубликованные в журнале Icarus, показывают, что в этих условиях могут легко образовываться многие из органических соединений, наблюдавшихся миссией "Кассини", что подтверждает доказательства того, что в отдаленном мире могут находиться молекулярные строительные блоки жизни.
|
|
|
|
Астрономы предсказывают, что под толстой внешней ледяной оболочкой шестого по величине спутника Сатурна в южной полярной области находится океан жидкой воды. Главным свидетельством существования этого океана является богатый водой шлейф, который часто вырывается из трещин на поверхности Энцелада, оставляя за собой след из частиц льда на его орбитальных траекториях, что способствует формированию одного из знаковых колец планеты-хозяина.
|
|
|
|
В период с 2004 по 2017 год зонд НАСА "Кассини" несколько раз проходил через это электронное кольцо и шлейф. Оснащенный приборами, включая масс-спектрометры и ультрафиолетовый спектрограф, он обнаружил широкий спектр органических соединений: от простого углекислого газа до более крупных углеводородных цепей, которые на Земле являются важными молекулярными предшественниками сложных биомолекул. С тех пор возможность того, что эти наблюдения могут указывать на возникновение жизни в подповерхностном океане Энцелада, захватила воображение многих ученых.
|
|
|
|
|
|
|
Вопросы об органическом происхождении, на которые не было ответа.
|
|
|
|
"Однако оставалось неясным, были ли эти соединения получены внутри Луны или унаследованы от древнего материала, из которого она образовалась", - говорит Макс Крэддок из Токийского научного института, возглавлявший исследование.
|
|
|
|
"В то время как более ранние лабораторные исследования изучали гидротермальный органический синтез, связанный с ранней Землей и кометами, они редко фокусировались на особенностях окружающей среды Энцелада".
|
|
|
|
Это ограничение поставило несколько насущных вопросов о происхождении этих молекул. Как на них повлиял ледяной панцирь Энцелада и многократное нагревание и замораживание океана под ним? Какова была роль обнаруженных простых соединений в образовании более крупных и сложных молекул? И что особенно важно, если бы общий химический состав подземного океана был воссоздан в лаборатории, как бы он выглядел при анализе с помощью приборов, подобных тем, что установлены на "Кассини"?
|
|
|
|
Без экспериментальной базы, которая связывает известную химию с масс-спектрами космических аппаратов, происхождение и переработку органических веществ Энцелада по-прежнему трудно определить на основе одних только наблюдений.
|
|
Воссоздание океана Энцелада в лаборатории
|
|
|
|
Чтобы установить эту экспериментальную связь между химическим составом океана и наблюдениями с космического аппарата, команда Крэддока подошла к проблеме с другой стороны.
|
|
|
|
Вместо того, чтобы полагаться только на измерения с помощью космического аппарата, они попытались воссоздать условия, в которых находится подповерхностный океан Энцелада, в лабораторных условиях. Для этого они сначала создали химическую смесь на основе простых соединений, которые "Кассини" наблюдал в шлейфе, включая аммиак и цианистый водород.
|
|
|
|
Используя реактор высокого давления, они затем подвергли смесь циклам нагрева и криогенного замораживания, которые испытывает Луна, когда она растягивается и сжимается приливными силами, создаваемыми гравитацией Сатурна. Согласно последним теориям астрономов, это нагревание, вероятно, вызывает гидротермальную активность, которая позволяет более мелким молекулам вступать в реакцию, образуя более сложные органические соединения.
|
|
|
|
"Затем мы проанализировали продукты с помощью лазерного масс-спектрометра, разработанного по аналогии с анализатором космической пыли Cassini, что позволило нам напрямую сравнить результаты наших экспериментов с результатами измерений космического аппарата", - рассказывает Крэддок.
|
|
Результаты и значение для будущих миссий
|
|
|
|
Как и предсказывала команда, в результате этих искусственных гидротермальных реакций образовался широкий спектр более сложных органических молекул, включая аминокислоты, альдегиды и нитрилы. Они также обнаружили, что процесс замораживания помогает генерировать более простые аминокислоты, такие как глицин. Многие из этих химических продуктов точно соответствовали более мелким органическим соединениям, наблюдаемым спектроскопическими приборами "Кассини".
|
|
|
|
Несмотря на этот успех, несколько более крупных молекул, обнаруженных "Кассини", не попали в их наблюдения: возможно, это намекает на возможность более горячих катализируемых реакций в подповерхностном океане, которые команда не смогла воссоздать, или даже на присутствие гораздо более древнего материала, унаследованного Энцеладом при его первом формировании.
|
|
|
|
Тем не менее, результаты работы команды ясно показывают, что подземный океан Энцелада, вероятно, богат химическими веществами и способен активно производить строительные блоки для жизни.
|
|
|
|
"Для будущих миссий это уточнит, как следует интерпретировать результаты измерений шлейфа, и подчеркнет важность инструментов, способных проверять аминокислоты и определять, отражает ли сложная органика текущую внутреннюю химию или древний материал", - говорит Крэддок.
|
|
|
|
"В совокупности такие наблюдения будут иметь решающее значение для оценки пригодности Энцелада для жизни и для изучения того, как химический состав океанических миров может способствовать развитию жизни".
|
|
|
|
Поскольку в настоящее время не планируется специальных миссий к Энцеладу или кольцам Сатурна, лабораторные исследования, подобные этому, обеспечивают важнейший мост между прошлыми измерениями с помощью космических аппаратов и будущими исследованиями, предлагая один из немногих способов продолжить изучение скрытого океана Энцелада и его потенциала для жизни в предстоящие десятилетия.
|
|
|
|
Источник
|
