Сколько воды найдено в дальнем космосе?

Ученые практически уверены в том, что луна Сатурна, Энцелад, содержит воду под своей замороженной корой, объем которой, вероятно сравним с объемом Великих озер

0
Представление художника о космической миссии Европа Клиппер. NASA.

Самый большой океан Солнечной системы

Самый большой и самый глубокий водоем, известный ученым, не имеет ни островов, ни берегов, ни огромных штормовых волн. Он никогда не видел солнечных лучей. Этот темный океан вы не найдете ни на одной карте Земли — он находится на расстоянии более 600 000 000 километров от нашей планеты, на одном из 69 спутников Юпитера — Европе. Данные, полученные с космического аппарата «Галилео», пролетавшего возле Европы 11 раз в период с 1995 по 2003 год, показали, что под гладкой ледяной поверхностью этой луны находится огромное солёное море. Предполагается, что оно простирается на 120 километров в глубину — это примерно в восемь раз больше максимальной глубины Тихого океана. И объем этой воды в два-три раза больше, чем имеют все океаны Земли.

Но океан Европы не является чем-то необычайно уникальным. По крайней мере две другие луны Юпитера — Ганимед и Каллисто — тоже имеют подземные океаны. То же самое можно сказать и о лунах Сатурна Титане и Мимасе. Ученые практически уверены в том, что еще одна луна Сатурна, Энцелад, содержит воду под своей замороженной корой, объем которой, вероятно сравним с объемом Великих озер. Удивительные и неопровержимые доказательства наличия воды на Энцеладе были получены в 2005 году, когда космический зонд «Кассини» передал на Землю изображения гейзеровизвергающих лед и водяной пар на сотни километров в космос. «Кассини» даже пролетел через эти гейзеры в октябре 2015 года, пролетев на расстоянии 60 километров от поверхности Энцелада, чтобы изучить их содержимое.

Открытие, перевернувшее все

Обилие жидкой воды во внешней Солнечной системе полностью перевернуло многие представления ученых. До открытий, совершенных «Кассини», «Галилео» и другими зондами, представления были такими: луны вокруг Юпитера и Сатурна похожи на те, которые мы наблюдаем возле Земли или Марса — скалистые, избитые кратерами пустоши, совершенно враждебные жизни.

«Никто не ожидал, что на спутниках могут существовать подземные океаны», — говорит Сет Шостак, астроном из Института SETI в Маунтин-Вью, Калифорния. «Эти открытия расширяют нашу концепцию обитаемости, теперь мы понимаем, что можем найти жизнь в мирах, которые мы раньше даже не рассматривали. Мы всегда полагали, что жизнь должна была появиться на планете. В нашей Солнечной системе есть семь других мест, о которых есть основания думать, что они могут иметь жизнь — по крайней мере, условия для жизни. Семь! И большинство из них — это луны!».

Учитывая количество воды в нашей собственной системе, мы почти наверняка можем быть уверены, что бесчисленные планеты вокруг других звезд также должны иметь океаны, не говоря уже о наличии там влажных лун. Астрономы уже предварительно обнаружили несколько «водных миров» за пределами нашей Солнечной системы — это планеты, которые вообще не имеют суши. «Это ошеломляет, — говорит Кристофер Глейн, ученый миссии «Кассини» в Юго-западном научно-исследовательском институте в Сан-Антонио, штат Техас. «Это как придумать новую область океанографии».

На самом деле наличие внеземных океанов не должно было быть таким сюрпризом. Количество водорода составляет 74% от количества всего вещества во Вселенной, а кислород является третьим по распространенности элементом. Объедините их, и вы получите … H2О. Астрономы наблюдали следы водяного льда в кратерах на Луне и даже на Меркурии — планете, ближайшей к Солнцу. Вода обычное явление в межзвездных облаках и в пыльных дисках зарождающихся планетных систем; она уже была обнаружена в атмосферах некоторых гигантских экзопланет.

Следовать за водой

Там, где есть вода, может быть жизнь. «Следовать за водой» уже давно является аксиомой среди астробиологов. Что делает воду столь необходимой? Химические реакции, которые питают биологию жизни, требуют жидкости для растворения и переноса молекул по всей клетке. Вода является одним из лучших известных растворителей; она остается жидкой в гораздо более широком диапазоне температур, чем почти любое другое вещество. Возможно, что другие жидкости тоже могут выполнять роль воды в некоторых поистине чуждых биохимиях — например, на Титане обнаружены озера, состоящие из жидкого метана. Но до сих пор нет известных исключений из главного правила жизни — ей нужна вода.

Но разве планеты, полностью покрытые этим поистине волшебным веществом, не станут идеальным убежищем для жизни? Некоторые недавние исследования говорят о том, у многих миров может быть даже слишком много воды для того, чтобы жизнь могла возникнуть

«Больше не обязательно лучше», — говорит Стивен Деш, астрофизик из Университета штата Аризона. Деш и его коллеги создавали компьютерные симуляции экзотических геофизических и атмосферных сред, которые могут быть найдены в чужих мирах. Их цель — создать своего рода планетарное руководство для будущих поколений охотников на экзопланеты — Деш называет его Периодической таблицей планет. Оно оценивало бы типы миров, которые, скорее всего, будут содержать доказательства побочных продуктов жизнедеятельности в их атмосферах — например, кислород или метан. Самое главное, эти газы должны присутствовать в количествах, необходимых для обнаружения телескопами в предстоящие десятилетия. Деш сообщает: «Нам нужно определить приоритеты для наблюдений тех планет, где мы могли бы получить лучшие показатели присутствия жизни».

Оказывается, водные миры могут быть одним из худших мест для жизни. Команда Деша создала компьютерную модель планеты, почти во всех отношениях напоминающую Землю и поместили ее в зону Златовласки, на идеальном расстоянии от стабильной звезды, похожей на Солнце. Затем они насытили этот мир примерно в пять-семь раз большим количеством воды, чем есть на Земле, чтобы утопить все его континенты. Пропитывая водой свой виртуальный мир, ученые устранили жизненно важный процесс, который мы, земляне, считаем само собой разумеющимся: выветривание обнаженных камней.

И снова фосфор

Без дождя или проточной воды, которая могла бы разрушать скалы, моря созданного командой Деша мира содержали очень мало фосфора, незаменимого элемента существования жизни. Морская вода сама по себе недостаточно кислая, чтобы растворять фосфор так же эффективно, как это делает пресная. «Фосфор чрезвычайно критичен для клеток», — говорит Тесса Фишер, микробный эколог из Университета штата Аризона, которая работала с Дешем. «Помимо РНК и ДНК, он также присутствует в АТФ, являющейся энергонесущей молекулой для почти всей биохимии, которую мы знаем. Земная биохимия, как мы ее понимаем, не будет функционировать при отсутствии фосфора».

Деш и Фишер подчеркивают, что их модель не исключает возможности жизни в водных мирах. Моря на таких планетах, вероятно, будут содержать какое то количество фосфора, но его будет недостаточно для поддержания жизни в масштабе, который оставил бы заметный отпечаток в атмосфере планеты. «Там не было бы 30-процентной кислородной атмосферы, которую мы видим на Земле», — говорит Фишер. «Вполне возможно, что планета, полностью покрытая океанами, может быть обитаема. Просто жизнь там была бы настолько малоактивной, что крайне маловероятно, что мы смогли бы обнаружить ее с Земли с помощью технологий, которые имеем в настоящее время».

Большинство обнаруженных миров Вселенной могут быть слишком влажными или полными льда

Возможно существуют миры, имеющие такое количество воды, при котором жизнь была бы невозможна. Команда Деша подсчитала, что планета, размерами близкими к размеру Земли, 10 процентов массы которой — это вода, будет абсолютно безжизненной. Такая планета имела много воды — объемом около 400 мировых океанов Земли, а огромное давление на дне ее моря создало бы экзотические плотные формы льда, известные как лед — VI и лед — VII.

Как ни странно, но как показывают расчеты, такие миры могут быть более распространены, чем скалистые тела, такие как Земля. Вода и скалы, вероятно, одинаково многочисленны в планетных системах по всему космосу. Считается, что в нашей Солнечной системе кометы, некоторые луны и замороженные обитатели пояса Койпера за Плутоном состоят из равного количества льда и скал. «Многие кометы состоят на 50% изо льда, — говорит Деш. «Это нормально. Что ненормально, так это то, что Земля сухая».

С нашей точки зрения Земля кажется олицетворением океанской планеты. Но все ее океаны составляют лишь тонкую пленку на поверхности планеты. Масса воды составляет лишь 0,025% массы всей Земли. При существующих технологиях астрономы не смогли бы достоверно определить, действительно ли на экзопланете, подобной Земле, вообще присутствует вода. Астрономы используют два основных метода для определения композиций экзопланет. Во-первых, они оценивают размер планеты, наблюдая, сколько света она блокирует, когда проходит перед своей звездой. Затем они измеряют незначительно малое колебание, переданное звезде находящейся на ее орбите планетой, которое позволяет определить ее массу. Разделив массу планеты на ее объем ученые получают значение ее плотности, которая, в свою очередь, дает астрономам приблизительное представление о процентах газа, каменистой материи и воды на планете.

«Подумайте, как тонок наш океан», — говорит Деш. «Он практически никак не изменяет радиус Земли». Астрономы могут сказать, есть ли на экзопланете океаны, только если на воду приходится около 10 процентов ее массы. А это, как упоминалось выше, будет равняться 400 земным океанам, уничтожающему жизнь количеству воды. Таким образом, единственные водные миры, которые мы можем обнаружить с помощью существующих технологий, вряд ли будут иметь какую либо жизнь.

Телескопы, способные непосредственно визуализировать океаны и поверхности другого мира, вероятно, не появятся, по крайней мере, еще пару десятилетий. И даже тогда разрешение, вероятно, будет ограничено пикселем или двумя для всей планеты.

До этих дней мы можем найти доказательства существования жизни в некоторых экзо-океанах, которые гораздо ближе к Земле. И самый доступный такой океан находится на Энцеладе, который, кажется, имеет все условия, необходимые для жизни. Когда зонд «Кассини», мчащийся со скоростью почти 32 000 километров в час, нырял через шлейфы ледяной воды Энцелада в октябре 2015 года, его приборы обнаружили водород, углекислый газ и метан, что свидетельствуют о том, что на этой луне, вероятно, есть глубоководные гидротермальные источники, подобные земным.

Горячие моря Энцелада

Присутствие водорода, в частности, может быть признаком того, что химические реакции между горячими породами и соленой водой на дне моря Энцелада расщепляют воду на водород и кислород. Тело, столь же маленькое, как Энцелад, обычно не должно было бы иметь сколько-нибудь измеримых количеств водорода — этот элемент настолько легкий, что должен был давно улетучиться в космос. Поэтому водород Энцелада должен постоянно пополняться, и наиболее вероятным источником являются химические реакции между горячими камнями и водой.

Метаногены — древний тип бактерий, обнаруженных вокруг гидротермальных источников на Земле — используют водород и углекислый газ для реакции, которая дает энергию для их метаболизма и метан в качестве отходов. Простые организмы, подобные этим, как полагают, населяли ранние океаны Земли. Даже сейчас, спустя миллиарды лет после того, как они впервые появились, метаногены живут, не завися от солнечного света, образуя основу странной пищевой цепи, которая поддерживает экосистему гигантских моллюсков.

Может ли какая-то форма жизни, более сложная, чем бактерии, возникнуть на Энцеладе, Европе или в глубинах какого-то другого лунного моря? «Бактериальная жизнь может процветать в этих подповерхностных океанах, но источники энергии для поддержания существования гораздо более сложных организмов, которые требуют больше пищи, могут быть под большим вопросом», — говорит Шостак, астроном SETI. «Нельзя сказать, что этого не может быть — они [луны] существуют в течение 4,5 миллиардов лет, так что, возможно, там есть многоклеточные существа, но я сомневаюсь, что там есть такие организмы, как тунец!»

Единственный способ ответить на такие вопросы — посетить некоторые из этих миров. NASA уже одобрило миссию Europa Clipper, которая может стартовать в 2024 году, и достигнет Юпитера к 2030 году. Планируется, что космический аппарат совершит 45 проходов над Европой, приблизившись на 30 километров к его покрытой льдом поверхности. Будущие миссии, которые приземляться на Европу, Энцелад или Титан, будут искать сложные аминокислоты и другие биомолекулы, произведенные живыми существами.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: