Обнаружение биомаркеров в космосе — условия на спутнике Сатурна Энцеладе смоделировали в лаборатории
В 2018 году в ледяных частицах на спутнике Сатурна Энцеладе были обнаружены очень крупные органические молекулы. Неясно, указывают ли они на существование жизни или образовались иным путём. Недавнее исследование может помочь ответить на этот вопрос. Возможно, условия, поддерживающие жизнь во внеземных океанах, могут оставлять молекулярные следы в ледяных зёрнах.
Исследование проводилось в Свободном университете Берлина (FU Berlin), а ведущий учёный, доктор Нозэйр Хаваджа, недавно перешёл в Штутгартский университет. Работа опубликована в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.
Колыбелью жизни на Земле, вероятно, был гидротермальный источник на дне океана. «В исследованиях мы также говорим о гидротермальном поле», — поясняет доктор Нозэйр Хаваджа из Института космических систем (IRS) Штутгартского университета. «Есть убедительные доказательства, что в таких полях преобладают условия, важные для возникновения или поддержания простых форм жизни».
Возможно, такие источники существуют и на небесном теле, расположенном недалеко от нашей планеты по космическим меркам: спутнике Сатурна Энцеладе. Диаметр этого спутника около 500 км, а его поверхность покрыта ледяной оболочкой толщиной 30 км.
В 2005 году учёные обнаружили над его южным полюсом огромное облако ледяных частиц. Три года спустя космический зонд NASA «Кассини» пролетел сквозь это облако. Приборы зонда показали нечто удивительное: состав частиц strongly suggests наличие жидкого водного океана под ледяной корой Энцелада.
Океан Энцелада содержит органические молекулы
Хаваджа совместно с планетологом профессором Франком Постбергом из Свободного университета Берлина детально проанализировал данные миссии «Кассини». Они объясняют: «В 2018 и 2019 годах мы обнаружили различные органические молекулы, включая те, что обычно являются строительными блоками биологических соединений».
Данные были записаны прибором «Кассини» с низким разрешением. Тем не менее, это может указывать на то, что океан на спутнике Сатурна Энцеладе полон органических молекул. «А это значит, что там возможны химические реакции, которые в конечном итоге могут привести к жизни».
Исследователи также подозревают наличие гидротермальных полей на дне океана Энцелада. Ранее было неясно, образовались ли обнаруженные органические молекулы в этих полях. Хаваджа вместе с коллегами Люсией Хорталь и Томасом Салливаном искал способ ответить на этот вопрос.
«Для этого мы смоделировали в лаборатории FU Berlin параметры возможного гидротермального поля на Энцеладе», — говорит Хаваджа, недавно перешедший из FU Berlin в Штутгартский университет. «Затем мы исследовали, какое влияние эти условия оказывают на простую цепочку аминокислот». Аминокислоты — это основные строительные блоки белков и основа всей известной нам жизни.
В испытательном аппарате поддерживались температура 80–150 °C и давление 80–100 бар — примерно в сто раз выше, чем на поверхности Земли. В этих экстремальных условиях цепочки аминокислот со временем изменились характерным образом.
Но можно ли вообще обнаружить эти изменения приборами на космических зондах? Другими словами, оставляют ли они за собой unmistakable маркер, который мы должны найти в данных «Кассини» (или будущих миссий)?
Гидротермальные поля оставляют отчётливые следы в данных измерений
Прибор на борту зонда «Кассини», Cosmic Dust Analyzer, анализирует в космосе пыль и ледяные частицы Энцелада, движущиеся со скоростью до 20 км/с. Высокоскоростные столкновения этих частиц приводят к испарению материала и разрушению молекул в нём. Фрагменты теряют электроны и становятся положительно заряженными. Их можно притянуть к отрицательно заряженному электроду, и чем они легче, тем быстрее достигают его.
Измеряя время пролёта всех фрагментов, можно получить так называемый «масс-спектр». По нему можно сделать выводы об исходной молекуле.
Однако применить этот метод измерений в лаборатории сложно. «Вместо этого мы впервые использовали альтернативный метод измерения под названием LILBID для ледяных частиц, содержащих гидротермально изменённый материал», — объясняет Хаваджа.
«Он даёт масс-спектры, очень похожие на спектры прибора «Кассини». Мы использовали его для измерения цепочки аминокислот до и после эксперимента. В процессе мы наткнулись на характерные сигналы, вызванные реакциями в нашем смоделированном гидротермальном поле». Исследователи теперь повторят этот эксперимент с другими органическими молекулами в расширенных геофизических условиях океана Энцелада.
Их выводы позволяют искать такие маркеры в данных «Кассини» (или данных будущих миссий). Если они будут найдены, это станет дополнительным доказательством существования гидротермального поля на Энцеладе. Это также повышает вероятность того, что жизнь может развиваться и сохраняться на Энцеладе.