Неземные океаны, или Есть ли жизнь на других планетах
10 октября 2024 года сверхтяжелая ракета Falcon Heavy вывела в космос шеститонный автоматический аппарат Europa Clipper. Аппарат должен изучить жидкий океан под ледяной корой спутника Юпитера — Европы. Он должен прибыть на место в апреле 2030 года. Зонд совершит более сорока облетов Европы на расстоянии от 25 до 2700 километров. Бесперебойную работу девяти научных приборов зонда будут обеспечивать солнечные батареи и, если повезет, аппарату удастся не только изучить структуру океана, но и распознать бактериальную клетку в крупицах льда, выбитых с поверхности юпитерианской луны при ударе микрометеорита. Если жизнь за пределами Земли обнаружится — это станет сенсацией века.
— Вода — источник жизни. И на самом деле, воды во Вселенной очень много, это довольно распространенное соединение в космосе. Она есть на Марсе, есть на Луне. Сейчас уже все давно привыкли к тому, что везде, на всех планетах, вода есть и ее много, — заведующий кафедрой астрономии СПбГУ Сергей Петров.
Даже на очень далеких транснептуновых объектах, вероятно, есть аналоги земных морей и океанов. Многие из них еще только предстоит открыть.
Глава Первая. Живые спутники Юпитера
Юпитер получает в 25 раз меньше солнечного света, чем Земля. Поэтому долгое время считалось, что его спутник Европа — холодный и безжизненный мир с каменным ядром, покрытым многокилометровым слоем водяного льда. Но когда мимо юпитерианской луны начали пролетать автоматические исследовательские аппараты, ученые с изумлением обнаружили, что это не так. Высокоточные магнитометры обнаружили большое скопление воды под толщей льда, чуть позже астронавты с помощью мощного телескопа «Хаббл», впервые увидели, как вода из океана Европы вырывается на поверхность. Большое светлое пятно в районе южного полюса спутника оказалось скоплением гейзеров. Лед треснул, из трещин поднялись огромные, высотой в сотни километров гейзеры и вода хлынула на поверхность. Теперь нет никаких сомнений, что в недрах Европы есть океан, и он очень глубокий, порядка ста километров.
Хотя сам спутник Юпитера небольшой, чуть меньше нашей Луны, воды на нем гораздо больше, чем во всех океанах Земли. Исследования показали, что эта вода имеет высокую электропроводимость, что дало ученым возможность предположить, что эта вода соленая, похожая на воду земных океанов. Проблема в том, что находится она под ледовым куполом.
— О соли мы, конечно, судим пока косвенно. Электропроводящая, значит, соленая. Но добраться до нее нелегко. По предварительной оценке толщина этого ледяного купола примерно 20 километров. Фактически мы его не измеряли, это подсказывают модели того, как океан взаимодействует со льдом, — астроном, доцент физического факультета МГУ Владимир Сурдин.
Источником тепла, которое поддерживает океан Европы в жидком состоянии, является гравитация Юпитера. Спутник имеет вытянутую орбиту. Поэтому притяжение газового гиганта то усиливается, то ослабевает. Таким образом создается эффект приливов и отливов в масштабах всего небесного тела.
— Сама поверхность Европы сжимает и разжимает кору, как скорлупку, вот и возникают трещины и внутренний нагрев, что дает нам основания предполагать наличие благоприятных условий для биологической активности, — заведующий кафедрой астрономии СПбГУ Денис Беляев.
Если жизнь под толщами льда на Европе существует, то обитающие в его беспросветных водах «европейцы» слепы как кроты. Источником света во мраке глубин может быть разве что биолюминесценция. В таких условиях ориентироваться в пространстве реально только при помощи эхолокации или хеморецепции, то есть — по запаху. Примеры подобного есть на нашей планете — это обитатели Мариинской впадины.
— Есть формы жизни, которым кислород не нужен. Они встречаются и на дне земного океана. Это так называемые термофилы — бактерии, которые питаются энергией от горячих источников на дне океана. И, возможно, такие же формы жизни могут быть на Европе, — заведующий кафедрой астрономии СПбГУ Сергей Петров.
Эту гипотезу подтверждают последние исследования озера Восток в Антарктиде. Древний водоем уже несколько миллионов лет покоится под четырехкилометровым ледником. Условия жизни там похожи на условия жизни в океане Европы. Поэтому озеро Восток активно изучают российские ученые. Проникнуть непосредственно в подледный водоем они пока не смогли. Но это не помешало обнаружить одного из его обитателей. В кернах озерного льда, извлеченных с глубины 3607 метров, была найдена ДНК уникальной бактерии, как ни странно — теплолюбивой. Живет она в воде с температурой +50 ℃, насыщенной водородом и углекислым газом, который он использует для получения энергии. Это хемолитоавтотроф — хорошо изученная бактерия горячих источников Японии и Йеллоустонского заповедника в США. В толще озерного льда — керна, она оказалась благодаря рециркуляции воды и попадания ее в разломы горных пород.
Возможно, подобный процесс происходит и на Европе, а не застывает ее океан полностью из-за солености. Посадка межпланетной станции на поверхность Европы нереальна, ведь в любой момент можно попасть под тонны гейзерной воды. Но взять пробы из окружающей планету подобия атмосферы вполне возможно. Плюс составить картину помогут всевозможные фотокамеры высокого разрешения, инфракрасные камеры, спектрографы и лабораторные приборы, которые позволят сделать химический анализ вокруг планетной пыли, паров и газов. Кто знает, может удастся обнаружить и ДНК инопланетных микроорганизмов. В будущем ученые планируют «приевропить» один из посадочных зондов для уже прямого изучения состава льда.
И такой аппарат, Europa Lander уже готовится и идут поиска места для его приземления. Есть предположение, что подвижность коры планеты и бунтарство гейзеров связано с активностью еще и внутри планетных озер, а также воздействия газового гиганта Юпитера.
Кстати, океан есть и на Ганимеде, другом спутнике Юпитера, а увиденное недавно на этой планете нечто похожее на полярное сияние говорит о наличии магнитного поля, значит, и соленой воды. Правда гейзеры отмечены не были, но ледяная корка испещрена кратерами. Значит, она либо в принципе не обновляется, либо делает это крайне медленно. Вообще, по предварительным оценкам, поверхностный слой льда на Ганимеде значительно толще, чем на Европе, возможно, больше сотни километров. Согласно моделям физиков из Лаборатории реактивного движения NASA, океан Ганимеда может оказаться похож на очень соленый слоеный пирог из воды в разных ее состояниях: жидкой, твердой и парообразной.
А в верхнем слое океана Ганимеда, вероятно, даже есть такое удивительное явление, как снег, идущий вверх под воздействием плотности основной соляной массы.
Разобраться в этих метаморфозах предстоит европейской миссии 2033 года с использованием аппарата Джуйс.
Интересный факт: у Юпитера открыто уже 95 спутников, у Сатурна — 146 спутников. И как минимум на трех из них тоже есть океаны.
Глава вторая. Поиски жизни возле Сатурна
В поисках внеземных морей и океанов, а значит, и условий для жизни переместимся еще дальше от Солнца. Наша следующая цель — Титан, крупнейшая из лун Сатурна.
Титан — это один из самых интересных среди более двухсот спутников планет в нашей Солнечной системе. Он — полноценная планета с атмосферой, схожей с земной, при этом он почти вдвое больше нашей Луны, а по массе превышает ее многократно. Правда атмосфера Титана на 95 % состоит из азота с примесью углекислого газа, метана и аммиака — что нужно для микроорганизмов. Кислорода нет, но большинству микроорганизмов он не нужен. Условия для жизни возможны, если бы не лютый мороз –180 °C. Если жизнь там и есть, то развивается она крайне медленно и ждать земной эволюции видов не приходится.
Единственная надежда — поиск жизни в недрах, но добраться туда пока не представляется возможным. Хотя посадка автоматического аппарата на этот спутник состоялась еще в 2005 году. Ее выполнил спускаемый модуль «Гюйгенс», отстыковавшийся от зонда «Кассини». Кстати, именно этот автоматический аппарат обнаружил еще один внеземной океан — на другом спутнике Сатурна.
Энцелад — снежный шар диаметром всего 504 километра. Пролетая мимо него в 2005 году, зонд «Кассини» увидел в районе Южного полюса огромные гейзеры, выбрасывающие воду на высоту в 250 километров. Это стало четким указанием на существование скрытого подо льдом резервуара с водой.
— Аппарат Кассини поймал частицы недр и сфотографировал эти гейзеры. То есть спутник живой, геологически активный, есть вода и там достаточно внутреннего тепла, чтобы поддерживать ее в жидкой фазе. И это не просто вода стерильная, а с содержанием солей. То есть это такая минеральная вода, которая может стать благоприятной для возникновения примитивных форм жизни, — младший научный сотрудник институт космических исследований РАН Дмитрий Горинов.
Глубина океана Энцелада достигает 45 километров, что почти в четыре раза больше, чем в Марианской впадине. А гравитация в 86 раз меньше земной, что делает доступным исследование океанического дна. Для сравнения: давление в глубинах Марианского желоба достигает тысячи атмосфер, а на дне океана Энцелада — 50 атмосфер, что эквивалентно глубине 500 метров в земном океане.
Спектральный анализ выбросов из поверхности Энцелада обнаружил молекулярный водород — одно из возможных питательных веществ для жизни. Но добраться до потенциальных обитателей этого внеземного океана мешает 20-километровый слой льда. Надежда на районы гейзеров, где толща всего два километра.
Уточнить наличие жизни на Энцеладе можно и не совершая посадку на его поверхность — с помощью оборудования, которое соберет пробы вокруг планеты. Тем не менее, сейчас ведутся разработки по созданию робота-змеи, который сможет проникнуть под лед. Вопрос упирается в дороговизну проекта. Поэтому пока исследования ведутся с помощью телескопа с раскладывающимся зеркалом диаметром 6,5 метров. Он уже начал исследовать водяной шлейф Энцелада. И сразу же сделал открытие. Был зафиксирован рекордно крупный гейзерный выброс, превышающий размер самого спутника, и обнаружены химические вещества, благоприятные для зарождения жизни.
В фокусе астробиологов и еще одна ледяная луна Сатурна — Мимас.
— Внешний вид Мимаса напоминает «Звезду смерти» из сериала «Звездные войны». Он такой круглый, с большим метеоритным кратером в районе экватора, и действительно очень похож на космическую станцию, но выглядит совершенно каменным, инертным, без признаков океана на поверхности. Однако есть свидетельства его наличия в движении самого спутника. Проверка дистанционная аналогична с яйцом — крутится, значит желток крутой, вибрирует — жидкий. Так и с ядром спутника, под скорлупой которого скрыт океан. Эти либрации подтверждают наличие воды под 30-километровым коркой льда Мимаса, — астроном, доцент физического факультета МГУ Владимир Сурдин.
Глава третья. Океаны на краю Солнечной системы
На внешнем краю Солнечной системы находятся два ледяных гиганта — Уран и Нептун. Обе планеты имеют схожие атмосферы и твердую поверхность из водяных, аммиачных и метановых льдов. А вот «сердца» — ядра у них все еще горячие. Из-за радиоактивного распада температура в них колеблется от 1700 до 4800 ℃. Именно в таких экстремальных условиях метан распадается на основные компоненты, одним из которых является чистый углерод. Под огромным давлением он превращается в алмазы. Правда из-за очень высокой температуры драгоценные камни находятся в расплавленном виде. Поэтому некоторые ученые считают, что в мантии Урана и Нептуна существуют алмазные океаны. Но это довольно старая теория. А есть новая. И она гласит, что у спутников Урана и Нептуна могут быть и свои подледные океаны, похожие на океаны Европы и Энцелада.
Четыре крупнейших спутника Урана, вероятно, содержат слой жидкости между ядром и ледяной коркой. Океаны на Ариэле и Умбриэле могут быть глубиной 30 километров. А на Титании и Обероне и вовсе 50. При этом они, скорее всего, гиперсоленые и содержат аммиак. К такому выводу пришли астрономы, повторно проанализировав данные, полученные с автоматического аппарата «Вояджер-2».
— Особенно много воды на дальних участках Солнечной системы, там много комет и ледяных метеоритов. Большую концентрацию воды и льда имеют спутники Урана. Планета большая, значит и приливные силы большие. Вполне вероятно, что эта вода там подогревается, и доходит до температуры выше 0 ℃, — младший научный сотрудник институт космических исследований РАН Дмитрий Горинов.
Возможно, аналогичная ситуация сложилась и на крупнейшем спутнике Нептуна — Тритоне. Это одно из немногих небесных тел, на котором есть явные признаки геологической активности — криовулканы и азотные гейзеры, извержения которых похожи на процесс выведения жидкого азота при открытии сосуда Дьюара.
— На Тритоне извержения жидкого азота моментально испаряются, температура там примерно там -190 ℃ на поверхности. Но главной уликой, указывающей на моря Тритона, являются характерные борозды на его поверхности. Толщину слоя льда может составлять от 15 до 30 километров. И под этой ледяной коркой, вероятно, находится жидкий океан глубиной 20 километров. Этот аммиачный раствор выступает в качестве антифриза, позволяющего океану оставаться жидким даже при минус 100 ℃, — старший научный сотрудник ИКИ РАН, отдел планетных исследований Денис Беляев.
Детально разобраться в этом вопросе еще предстоит. Скорее всего миссия случится не раньше 2030 года и войдет в историю, как проект «Новые Горизонты -2». А отработает зонд по принципу первой исторической встречи с Плутоном в 2015 году, когда астрономы впервые увидели снимки этой далекой карликовой планеты.
— Открытие было совершенно неожиданно — предположительно Плутон образовался весь на чем-то жидком. На поверхности Плутона много метеоритных кратеров, а сам он — древний и давно замерз, но мы обнаружили белое пятно — разлившийся жидкий азот. Оно получило имя первооткрывателя Плутона — Клайда Томбо. То есть тепло и геологическая активность внутри планеты есть. Ведь гейзер — это выброс пара, а пар — это состояние воды, — Владимир Сурдин.
Косвенные признаки наличия воды найдены и на спутнике Плутона — Хароне, о чем свидетельствует гигантский каньон в сотни и глубиной более 6,5 километров. Новые данные постепенно меняют представление о поясе Койпера — области ледяных объектов за пределами орбиты Нептуна. Особый интерес — поиск океанов жидкой воды. Недавно внимание ученых привлекли сразу два необычных транснептуновых объекта — карликовые планеты Макемаке и Эрида. Поразительно, лед на этих планетах чисто белый, значит, они разогреваются изнутри. По спектру отраженного света астрономы установили, что в составе скорее всего присутствуют замерзший метан, этан, пропан, бутан, жидкая вода и жидкий азот. Одним словом, это тоже живые геологически активные тела.
Что дальше
В научно-фантастических книгах и фильмах часто встречаются целые обитаемые планеты-океаны, полностью покрытые водой. Удастся ли такие обнаружить — пока вопрос, но уже есть красивая теория о том, что на поверхности Kepler-22 b — холодного нептуна в созвездии Лебедя — есть океан, полностью покрывающий ядро экзопланеты. Находится она почти на таком же расстоянии от центральной звезды, как и Земля, что дает основания предполагать подобное развитие, температурный режим и чистую воду. Чтобы это выяснить, придется лететь 600 световых лет.
Различные экзопланеты сейчас открывают чуть ли не каждую неделю. И среди них есть несколько десятков так называемых землеподобных, на которых вполне может присутствовать жидкая вода. Так, планета К2-18 имеет газ с запахом моря, на Земле его порождают одноклеточные водоросли. А еще более в концентрированном виде им пахнет канализация, где микроорганизмы тоже усиленно развиваются. А это признак жизни.
Много ли водных миров существует в нашей Галактике? И есть ли в них жизнь? — вероятно, мы узнаем это с помощью «Миллиметрона». Новый телескоп поможет человечеству проникнуть в тайны химии экзопланет. Новый супер инструмент появится у ученых в 2030-х годах. Но уже сейчас Российскую космическую обсерваторию «Спектр-М», или «Миллиметрон» называют одним из самых технически сложных телескопов в истории. В отличие от того же Хаббла, на нем нет оптической системы, он будет наблюдать за Вселенной в микроволновом радиодиапазоне и сможет рассматривать очень далекие космические объекты, даже сквозь огромные скопления пыли и газа. Он в полтора раза больше американского инфракрасного аппарата, диаметр зеркала достигает целых 10 метров, что даст возможность изучения сложных органических молекул космоса. на молекулярном уровне. И все это ради поиска жизни.
