Учёные из Японии и Германии успешно воспроизвели в лаборатории химические условия, которые, как предполагается, существуют в подповерхностном океане спутника Сатурна Энцелада. Это исследование, опубликованное в научном журнале Icarus, проливает свет на происхождение органических молекул, обнаруженных там зондом Cassini, и уточняет, как именно могла формироваться сложная органическая химия в этом ледяном мире.
Краткий обзор Энцелада и его океана
Энцелад — один из небольших ледяных спутников Сатурна, диаметром около 500 километров. Несмотря на свои скромные размеры, он оказался объектом исключительного интереса для астрономов после миссии Cassini (2004–2017), которая обнаружила струи воды, льда и газов, вырывающиеся из трещин в южном полюсе и формирующие характерные «фонтаны» — так называемые plumes.
Эти струи считаются выходами из подледного океана, скрытого под толщей льда. Анализы данных Cassini показали присутствие в них воды, простых органических молекул, солей и даже элементов, необходимых для жизни, таких как фосфор.
Почему учёные решили воссоздать океан Энцелада в лаборатории
Хотя анализ данных Cassini дал много информации о составе материалов, выбрасываемых из Энцелада, оставались вопросы о том, как и где именно могли образоваться те органические вещества, которые были обнаружены. Огромную роль играют факторы внутренней химии, температура, давление и процессы в подледном океане, которые Cassini не мог непосредственно измерить.
Исследователи во главе с Максом Крэддоком из Института науки в Токио поставили перед собой задачу воссоздать условия этого океана в лабораторных условиях, чтобы напрямую наблюдать процессы формирования органических соединений и сравнить результаты с реальными спектрами, полученными зондом Cassini.
Как проводили лабораторные эксперименты
Для моделирования условий подо льдом Энцелада команда использовала смесь из простых молекул, которые были ранее обнаружены в струях Cassini — включая аммиак и синильную кислоту.
Эту смесь поместили в реактор высокого давления, после чего подвергли последовательным циклам нагревания и быстрого замораживания, имитируя условия, которые мог испытывать океан под воздействием приливных сил, вызванных гравитацией Сатурна. Такие колебания температуры и давления способны стимулировать гидротермальную активность, которая, по научным моделям, могла происходить в недрах Энцелада.
После этих циклов учёные изучали продукты химических реакций с помощью лазерного масс-спектрометра, специально настроенного так, чтобы имитировать аппарат Cosmic Dust Analyzer на Cassini. Это позволило напрямую сравнить, насколько результаты лаборатории соотносятся с данными, полученными в космосе.
Что обнаружили исследователи
Эксперименты показали, что в условиях, близких к тем, что предполагаются в океане Энцелада, происходят реакции, приводящие к образованию целого ряда органических молекул, включая:
- аминокислоты — молекулы, которые на Земле являются основой белков;
- альдегиды и нитрилы — органические соединения, участвующие в разнообразных химических цепях.
Примечательно, что процесс замораживания также способствовал формированию простых аминокислот, например глицина, что укрепляет представление о том, что даже низкие температуры подледного океана могли стимулировать органический синтез.
Сопоставление с данными Cassini
Многие из соединений, полученных в лаборатории, соответствуют тем, которые Cassini обнаружил в струях Энцелада, что указывает на то, что органическая химия могла возникать не только в космосе или быть доставленной извне, но формироваться непосредственно внутри океана и его гидротермальных сред.
Однако часть более крупных органических молекул, зафиксированных Cassini, не были получены в лаборатории. Это может указывать на то, что в реальном океане Энцелада могут происходить дополнительные процессы — возможно, более высокотемпературные либо катализируемые минералами — которые лаборатория пока не смогла воспроизвести.
Что это означает для будущих исследований
Результаты этой лабораторной работы имеют несколько важных последствий:
- они подтверждают, что подледный океан Энцелада обладает богатой органической химией, которую можно моделировать в контролируемых условиях;
- создают новый экспериментальный мост между наблюдениями зондов и химией океанов, что поможет точнее интерпретировать данные будущих миссий;
- подчёркивают важность разработки приборов, способных определять аминокислоты и сложные органические молекулы в струях, если когда-нибудь будет отправлена специализированная миссия к Энцеладу.
Почему Энцелад остаётся ключевой целью астробиологии
Энцелад считается одним из самых перспективных мест в Солнечной системе для изучения условий, пригодных для возникновения жизни, по нескольким причинам:
- наличию подповерхностного жидкого океана, скрытого под километрами льда;
- данным Cassini, которые указывают на активные гидротермальные процессы и богатую органику;
- выносу материалов океана в пространство через фонтанирующие струи — уникальную возможность для непосредственного анализа без посадки зонда на поверхность.
Хотя следующая миссия к Энцеладу пока не утверждена, исследования такого рода — в лабораториях на Земле и через анализ данных прошлых зондов — продолжают расширять наше понимание того, насколько сложные органические процессы могут происходить на других небесных телах. Это важно для оценки потенциала обитаемости океанов за пределами Земли и машинального поиска жизни в Солнечной системе.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
