К Энцеладу , на поиски жизни

Ученые считают, что на спутнике Сатурна Энцеладе может быть жизнь. Исследователи Аризонского университета, курирующего крупные планетарные проекты, рассказали о возможной миссии туда и о том, какие есть методы для поиска биосигнатур.

До 1980-х об Энцеладе практически ничего не знали. Когда мимо пролетели два межпланетных зонда “Вояджер” и прислали первые снимки, ученые установили диаметр спутника — около 500 километров — и обнаружили, что его отражающая способность выше, чем у любого другого тела Солнечной системы.

В 2005-м автоматическая станция “Кассини” вышла на орбиту Сатурна. На Земле увидели, что весь Энцелад покрыт толстым слоем льда, из-под которого в районе южного полюса вдоль трещин — так называемых тигровых полос — вырываются струи газово-жидкой смеси, похожие на гейзеры. По одной из гипотез, кольцо Е Сатурна образовалось именно из них.

В 2015-м “Кассини” пролетела всего в нескольких десятках километров от гейзеров и взяла пробы. В струях обнаружили водяной пар, различные соли, щелочи, углекислый газ, молекулярный водород, метан, аммиак и сложные органические макромолекулы. Стало понятно, что под ледяной корой скрывается гигантский резервуар жидкой воды, в котором сохраняется термальная активность.

Решили, что это локальное море под южным полюсом, но анализ либрации — колебаний вращения спутника — показал: подповерхностный океан — глобальный, он окружает каменное ядро в центре.

В НАСА заявили, что Энцелад — “наиболее пригодное для жизни, какой мы ее знаем, место в Солнечной системе за пределами Земли”. Там сошлись три важнейших условия: жидкая вода, химические элементы, необходимые для органических молекул (углерод, водород, азот, кислород и сера), и источники энергии для метаболизма — молекулярный водород и гидротермальные потоки, идущие от поверхности ядра.

Оставался только вопрос с фосфором — в гейзерах его не обнаружили. Однако построенная недавно на основе данных “Кассини” геохимическая модель взаимодействия горных пород ядра и подледного океана демонстрирует, что при таких температуре, щелочности и насыщенности углекислым газом вода насыщается фосфором за 100 тысяч лет. А океану на Энцеладе более 100 миллионов лет.

По мнению ученых, в этом океане за счет энергии, которая высвобождается при соединении водорода с углекислым газом, растворенным в воде, могут существовать микроорганизмы. При этой реакции, известной как метаногенез, выделяется метан. На Земле первыми появились именно метаногенные бактерии и археи, способные жить в бескислородной среде.

Предполагают, что молекулярный водород возникает при взаимодействии силикатных пород ядра с горячими водными растворами. Разогрев происходит за счет приливных сил — гравитационного воздействия Сатурна. Что-то может добавлять радиоактивный распад в ядре. Обогащенные водородом струи выходят в районе жерл гидротермальных источников. Осаждающиеся из них карбонаты и другие соли формируют гигантские структуры, называемые “белыми курильщиками”.

Такие же, но только темные из-за сульфидов металлов (“черные курильщики”), есть в центре земных океанов. Там тоже бьют горячие источники с температурой до 400 градусов Цельсия. И многие ученые считают, что как раз здесь примерно 3,8 миллиарда лет назад возникли первые биологические сообщества на Земле.

Специалисты Массачусетского технологического института разработали модель внутренней циркуляции подповерхностного океана и показали, что океан на Энцеладе не слишком соленый — около 30 граммов соли на килограмм воды. Это благоприятствует формированию жизни. На Земле почти так же — 35 граммов.

Но на нашей планете океан покрывает три четверти поверхности, теплее вверху от солнечных лучей и холоднее у морского дна, средняя глубина — 3,6 километра. На Энцеладе океан везде, охлаждается около ледяного панциря и нагревается внизу, у ядра. А глубина — не менее 30 километров.

Проанализировав форму ледяной оболочки планетного тела и характер расположения трещин, ученые пришли к выводу, что подледный океан неоднороден — под полюсами вода менее соленая, а лед тоньше, поэтому гейзерам там легче пробиться на поверхность. Намерзание льда на экваторе и истончение у полюсов, вероятно, связано с различной освещенностью поверхности спутника.

Разница в солености и тепло, исходящее со дна, должны вызвать конвекционные течения, что тоже весьма способствует развитию жизни — непрерывное перемешивание обеспечивает приток питательных веществ и удаляет продукты жизнедеятельности.

Космический зонд “Кассини” не был предназначен для поисков признаков жизни. Поэтому к Сатурну надо отправить специальную миссию с приборами спектрографического исследования выбросов.

Астробиологи из Аризонского университета провели предварительную количественную оценку биомассы подледного океана — около десяти тонн. Чтобы в пробы попало достаточно биоматериала, аппарату понадобится не менее ста раз пролететь через шлейфы выбросов. Альтернативный вариант — посадочный модуль. Но здесь много сложностей. Нужно опуститься прямо к месту фонтана, так как пробурить несколько километров льда нереально.

Миссию к Энцеладу пока только обсуждают. Ее концепты — The Enceladus Life Finder (ELF) и Enceladus Life Signatures and Habitability (ELSAH) — постоянно участвуют в отборах в рамках программ НАСА Discovery и New Frontiers, но проигрывают конкурентам. Очередной конкурс проведут не ранее 2024-го.

Параллельно НАСА и EКA готовят совместный проект — Titan Saturn System Mission (TSSM), где в числе прочего займутся Энцеладом. Миссия намечена на 2030-е.

Концепт Enceladus Orbilander, разрабатываемый Лабораторией прикладной физики Университета Джонса Хопкинса и предусматривающий посадку аппарата, еще дальше от завершения. Плановые сроки — к 2050-му.

А пока космический телескоп “Джеймс Уэбб” с помощью инфракрасной аппаратуры станет искать в гейзерах Энцелада биосигнатуры — метан, метанол, этан. Однако из-за большой удаленности и малых размеров получить изображения высокого разрешения вряд ли получится. Это станет возможным после 2027-го, когда в строй войдет 39-метровый европейский Чрезвычайно большой телескоп.