Недавнее исследование, признанное Планетарный научный журнал исследует, как органический туман, существовавший на Земле между первоначальным формированием планеты и 500 миллионами лет спустя, также известный как геологический эон Гадея, мог содержать необходимые строительные блоки для жизни, включая азотистые основания и аминокислоты. Это исследование может не только помочь ученым лучше понять условия на ранней Земле, но также и то, смогут ли эти же самые условия на крупнейшем спутнике Сатурна, Титане, также создать строительные блоки жизни.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает это недавнее исследование с доктором Беном К.Д. Пирсом, научным сотрудником кафедры наук о Земле и планетах Мортона К. Блаустейна в Университете Джонса Хопкинса и ведущим автором исследования, относительно результатов исследования и потенциальных последующих исследований, Предстоящая миссия НАСА «Стрекоза» на Титан и думает ли он, что на Титане есть жизнь.
Доктор Пирс рассказывает Вселенная сегодня о том, как прошлые лабораторные исследования с участием Карла Сагана обнаружили, что максимальное разбавление (или добавление растворителя, такого как вода), чтобы заставить химические реакции работать, составляло 100 микромолярных, или примерно 10 частей на миллион (ppm). По его словам, если разбавление слишком сильное, молекулы химической смеси не смогут найти друг друга.
«В конце концов, ранняя Земля была туманным местом, очень похожим на лунный Титан Сатурна», — говорит доктор Пирс. Вселенная сегодня. «Это потому, что более 4 миллиардов лет назад на Земле была атмосфера, богатая водородом, метаном и азотом, похожая на атмосферу Титана! Что интересно в этих частицах дымки, так это то, что они, по сути, представляют собой снежинки из биомолекул, то есть большие агрегаты строительных блоков жизни, связанных вместе. Когда эти частицы оседали на поверхности Земли более 4 миллиардов лет назад и падали в пруды, связи разрывались, и можно было получить пруд, богатый строительными блоками жизни. Мы хотели знать, может ли этот источник превысить порог в 100 микромолярей в прудах, который может быть достаточно концентрированным, чтобы они могли прореагировать и начать процесс формирования первых информационных молекул, таких как рибонуклеиновая кислота (РНК)».
Для исследования ученые создали в лабораторных условиях в атмосферных условиях органическую дымку, содержащую от 0,5 до 5 процентов метана, и проанализировали ее на наличие следов аминокислот и азотистых оснований с помощью газового хроматографа/масс-спектрометра (ГХ/МС). Кроме того, они нагрели образцы до 200 градусов по Цельсию (392 градуса по Фаренгейту), чтобы имитировать образцы, лежащие на непригодной для жизни поверхности. Затем команда сравнила свои результаты с компьютерными моделями, чтобы выяснить количество азотистых оснований, которые будут присутствовать в этих же средах.
«Когда мы смоделировали прудовые концентрации азотистых оснований из органических дымок (используя наши экспериментальные данные), мы обнаружили, что этот источник может быть самым богатым и самым долговечным источником, который мы моделировали на сегодняшний день», — рассказывает доктор Пирс. Вселенная сегодня. «Напоминаем, что все источники, которые мы изучали на сегодняшний день (метеориты, межпланетная пыль и атмосферный HCN), привели к концентрации ниже 100 микромолярных; однако теперь мы наконец нашли источник, который достигает этого порога».
В конце концов, команда обнаружила, что азотистые основания могли существовать в «маленьких теплых прудах» на Земле во время Гадейской геологической эпохи. В ходе эксперимента с нагреванием команда установила, что такие образцы не могут выжить на горячей поверхности. Наконец, они пришли к выводу, что органические туманы могли создавать строительные блоки жизни только в богатой метаном атмосфере древней Земли, «но не настолько богатой, чтобы создать непригодную для жизни поверхность», отмечает доктор Пирс. Вселенная сегодня. Учитывая эти невероятные открытия, какие последующие исследования проводятся или планируются?
«В настоящее время я создаю новую экспериментальную установку для использования в моей лаборатории на факультете наук о Земле, атмосфере и планетах Университета Пердью, которая откроется осенью 2024 года», — рассказывает доктор Пирс. Вселенная сегодня. «Эта лаборатория называется Лабораторией исследований происхождения и астробиологии. Этот эксперимент позволит моей новой исследовательской группе одновременно смоделировать химию атмосферы (например, образование HCN и органического тумана) и химию прудов ранней Земли. Нашей первоначальной целью будет использовать это для демонстрации производства первых информационных молекул жизни, таких как РНК, в смоделированной среде ранней Земли».
Это исследование проводится в связи с тем, что НАСА планирует отправить на Титан свою миссию «Стрекоза», запуск которой в настоящее время запланирован на июль 2028 года, а приземление на поверхность Титана произойдет где-то в 2034 году на дюнных полях «Шангри-Ла». Dragonfly — это квадрокоптер, целью которого будет «прыгать» вокруг Титана в поисках доказательств потенциальной обитаемости Титана. В настоящее время запланированный график миссии составляет 10 лет, а научная фаза — 3,3 года. Его научная полезная нагрузка будет состоять из масс-спектрометра, гамма- и нейтронного спектрометра, геофизического и метеорологического комплекса, а также набора микроскопических и панорамных камер.
Планируется, что Dragonfly будет работать в течение дня Титана и оставаться на земле ночью, причем каждая из них будет длиться примерно 8 земных дней или 192 часа. В настоящее время предполагается, что Dragonfly сможет пролетать до 16 километров (10 миль) на одном заряде батареи, а его батареи состоят из многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора (MMRTG), который будет заряжаться в ночное время. MMRTG имеют успешную историю космических миссий, поскольку в настоящее время они используются для питания марсоходов НАСА Curiosity и Perseverance на Марсе. Но как Dragonfly подтвердит или опровергнет результаты этого исследования?
Доктор Пирс рассказывает Вселенная сегодня«Учитывая, что на Титане имеются тонны органической дымки, мы могли бы ожидать, что поверхность содержит сохранившиеся частицы органической дымки, богатые строительными блоками жизни. «Стрекоза» будет содержать масс-спектрометр и сможет охарактеризовать строительные блоки жизни в этих частицах, чтобы потенциально подтвердить наши лабораторные исследования».
Титан имеет богатую историю исследований, поскольку многочисленные космические корабли за несколько десятилетий позволили нам лучше понять этот загадочный мир, который является не только второй по величине луной во всей Солнечной системе, но и единственной луной с плотной атмосферой. В то время как камеры на борту космических кораблей НАСА «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2» не смогли получить изображение поверхности Титана из-за плотной и туманной атмосферы Луны, космический корабль НАСА «Кассини» впервые успешно использовал свои инфракрасные камеры для изображения поверхности Титана. Именно эти изображения подтвердили предыдущие гипотезы о том, что на Титане имеются озера жидкого метана и этана, которые могут существовать только при чрезвычайно низких температурах, при этом температура поверхности Титана составляет минус 179 градусов по Цельсию (минус 290 градусов по Фаренгейту).
Кассини взял с собой зонд «Гюйгенс» Европейского космического агентства, который отделился от орбитального космического корабля и приземлился на поверхность Титана, отправив на поверхность округлых камней, которые могли образоваться только в жидких условиях. Но, учитывая, что Титан мог напоминать раннюю Землю с ее метановой атмосферой и жидкими озерами, найдем ли мы на Титане жизнь?
«Единственная обитаемая среда на Титане находится глубоко под поверхностью, и добраться до нее нелегко без бура или гейзера, извергающего вещества на поверхность», — говорит доктор Пирс. Вселенная сегодня. «Поэтому я не уверен, что мы даже в ближайшие десятилетия будем искать лучшие места за пределами Dragonfly. Мне также трудно представить себе происхождение жизни на Титане, учитывая, что наши лучшие на данный момент гипотезы включают циклы влажно-сухой прудов, которые не были бы доступны на Титане при -180 C. Однако если я чему-то и научился в науке за последнее десятилетие, так это тому, что новые открытия часто доказывают, что мы ошибаемся, и я это абсолютно приветствую! Всегда лучше посмотреть, на всякий случай!»
Как это недавнее исследование будет способствовать обнаружению жизни на Титане и что «Стрекоза» расскажет нам о пригодности Титана для жизни в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и именно поэтому мы занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и продолжайте искать!
