Однажды ученые смогут найти следы жизни на Энцеладе, покрытой океаном луне, вращающейся вокруг Сатурна. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех, CC BY-SA.
У Сатурна 146 подтвержденных спутников — больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы, — но выделяется один, называемый Энцелад. Кажется, у него есть все необходимое для жизни.
С 2004 по 2017 год «Кассини» — совместная миссия НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства — исследовала Сатурн, его кольца и спутники. Кассини представил впечатляющие результаты. Энцелад диаметром всего 313 миль (504 километра) таит под своей ледяной корой океан с жидкой водой, охватывающий всю Луну.
Гейзеры на южном полюсе Луны выбрасывают в космос частицы газа и льда, образовавшиеся из океанской воды.
Хотя инженеры «Кассини» не предполагали анализировать ледяные крупинки, которые активно испускал Энцелад, они установили на космическом корабле анализатор пыли. Этот прибор индивидуально измерял выбрасываемые ледяные зерна и сообщал исследователям о составе подземного океана.
Как планетолог и астробиолог, изучающий ледяные зерна Энцелада, меня интересует, есть ли жизнь на этой или других ледяных лунах. Я также хочу понять, как такие ученые, как я, смогли это обнаружить.
Ингредиенты для жизни
Как и океаны Земли, океан Энцелада содержит соль, большую часть которой составляет хлорид натрия, широко известный как поваренная соль. Океан также содержит различные соединения на основе углерода, и в нем происходит процесс, называемый приливным нагревом, который генерирует энергию на Луне. Жидкая вода, химия на основе углерода и энергия — ключевые ингредиенты жизни.
В 2023 году я и другие ученые обнаружили фосфат, еще одно вещество, поддерживающее жизнь, в ледяных зернах, доставленных из океана Энцелада. Фосфат, форма фосфора, жизненно важен для всей жизни на Земле. Он входит в состав ДНК, клеточных мембран и костей. Это был первый случай, когда ученые обнаружили это соединение во внеземном водном океане.
Скалистое ядро Энцелада, вероятно, взаимодействует с водным океаном через гидротермальные жерла. Эти горячие, похожие на гейзеры структуры выступают со дна океана. Ученые предсказывают, что подобная обстановка могла быть местом зарождения жизни на Земле.
Обнаружение потенциальной жизни
На данный момент никто никогда не обнаруживал жизнь за пределами Земли. Но ученые сходятся во мнении, что Энцелад — очень перспективное место для поиска жизни. Итак, как нам начать поиски?
В статье, опубликованной в марте 2024 года, мы с коллегами провели лабораторное испытание, в ходе которого моделировалось, смогут ли инструменты анализатора пыли на космическом корабле обнаружить и идентифицировать следы жизни в выбрасываемых ледяных зернах.
Чтобы смоделировать обнаружение ледяных крупинок, когда их регистрируют анализаторы пыли в космосе, мы использовали лабораторную установку на Земле. Используя эту установку, мы вводили крошечный луч воды, содержащий бактериальные клетки, в вакуум, где луч распадался на капли. Теоретически каждая капля содержала одну бактериальную клетку.
Затем мы обстреляли отдельные капли лазером, который создал заряженные ионы из воды и клеточных соединений. Мы измерили заряженные ионы, используя метод, называемый масс-спектрометрией. Эти измерения помогли нам предсказать, что должны обнаружить приборы анализатора пыли на космическом корабле, если они обнаружат бактериальную клетку, содержащуюся в зерне льда.
Мы обнаружили, что эти инструменты хорошо справляются с идентификацией клеточного материала. Инструменты, предназначенные для анализа отдельных ледяных зерен, должны быть способны идентифицировать бактериальные клетки, даже если в ледяной крупке из гейзера, подобного Энцеладу, содержится только 0,01% компонентов одной клетки.
Анализаторы смогут уловить ряд потенциальных сигнатур клеточного материала, включая аминокислоты и жирные кислоты. Обнаруженные аминокислоты представляют собой либо фрагменты клеточных белков, либо метаболиты — небольшие молекулы, участвующие в химических реакциях внутри клетки. Жирные кислоты – это фрагменты липидов, из которых состоят клеточные мембраны.
В наших экспериментах мы использовали бактерию Sphingopyxis alaskensis. Клетки этой культуры чрезвычайно крошечные — такого же размера, как клетки, которые могли бы поместиться в ледяные зерна, выброшенные с Энцелада. В дополнение к своему небольшому размеру, эти клетки любят холодную среду, и им нужно лишь несколько питательных веществ, чтобы выжить и расти, подобно тому, как, вероятно, была бы жизнь, адаптированная к условиям в океане Энцелада.
Специальный анализатор пыли на Кассини не имел аналитических возможностей для идентификации клеточного материала в зернах льда. Однако ученые уже разрабатывают инструменты с гораздо большими возможностями для потенциальных будущих миссий на Энцелад. Результаты наших экспериментов послужат основой для планирования и проектирования этих инструментов.
Будущие миссии
Энцелад — одна из главных целей будущих миссий НАСА и Европейского космического агентства. В 2022 году НАСА объявило, что миссия на Энцелад имеет второй по значимости приоритет при выборе следующих крупных миссий — миссия на Уран имеет самый высокий приоритет.
Европейское агентство недавно объявило, что Энцелад является главной целью его следующей большой миссии. Эта миссия, вероятно, будет включать в себя высокопроизводительный анализатор пыли для анализа ледяных зерен.
Энцелад — не единственная луна с океаном из жидкой воды. На спутнике Юпитера Европе также есть океан, который охватывает всю луну под ее ледяной коркой. Зерна льда на Европе всплывают над поверхностью, и некоторые ученые полагают, что на Европе могут даже быть гейзеры, подобные Энцеладу, которые выбрасывают зерна в космос. Наше исследование также поможет изучить ледяные зерна с Европы.
Миссия НАСА Europa Clipper посетит Европу в ближайшие годы. Запуск «Клиппера» запланирован на октябрь 2024 года и прибытие к Юпитеру в апреле 2030 года. Один из двух масс-спектрометров космического корабля, SUrface Dust Analyser, предназначен для анализа отдельных зерен льда.
Наше исследование показывает, что этот прибор сможет найти даже крошечные фракции бактериальных клеток, если они присутствуют всего в нескольких испускаемых ледяных зернах.
Учитывая планы этих космических агентств на ближайшее будущее и результаты нашего исследования, перспективы предстоящих космических миссий с посещением Энцелада или Европы невероятно захватывающие. Теперь мы знаем, что с помощью нынешних и будущих приборов учёные смогут выяснить, есть ли жизнь на любой из этих лун.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
