Учёные продолжают изучать одну из самых необычных и перспективных для астробиологии миров Солнечной системы — энцеладовский подлёдный океан. Новое исследование предлагает уточнить состав и свойства океана не напрямую, а посредством анализа отложений, которые оставляют выбросы гейзеров на поверхности. Это может дать более точные данные о химии водного резервуара, скрытого под толстым льдом спутника Сатурна, и, в перспективе, о его пригодности для жизни.
Что такое гейзеры Энцелада и почему они важны
Энцелад — ледяной спутник Сатурна диаметром около 500 километров — стал широко известен благодаря миссии Cassini, которая в первые годы XXI века открыла сильные струи воды и льда, вырывающиеся из трещин на его южном полюсе. Эти струи, называемые plumes, выбрасывают водяной пар, частицы льда, соли, органические молекулы и другие компоненты в космос на высоту до сотен километров.
Гейзеры считаются прямым свидетельством существования жидкого океана под ледяной корой, поскольку вода и другие вещества должны происходить изнутри спутника. Измерения Cassini предполагают, что этот океан солёный и химически сложный, с источниками тепла, обеспечиваемыми приливными взаимодействиями с Сатурном.
Новый подход к анализу океана через поверхность
Очевидным преимуществом анализа физических проб океана было бы оборудование зонда, который напрямую пробурит лед или войдёт в воду. В настоящее время это технически невозможно. Вместо этого исследователи предлагают другой метод: использовать спектроскопию для определения pH и химии материалов, отложившихся на поверхности после испарения капель океанической воды, выброшенной в виде льда и водяного пара.
Учёные моделировали такие процессы в лаборатории, воссоздавая условия, в которых растворимые соли и минералы выпадают из водяного раствора на поверхности Энцелада после испарения воды. С помощью рамановской спектроскопии — метода, чувствительного к химической структуре минеральных образцов — они смогли определить различия в спектральных сигналах в зависимости от уровня pH растворов, из которых кристаллизовались соли.
Это имеет непосредственное значение для понимания подлёдного океана, поскольку уровень pH — отражение химического равновесия воды — указывает на наличие тех или иных химических процессов и условий, важных для оценки потенциальной обитаемости среды.
Что уже известно о химии океана Энцелада
Cassini обнаружил в струях Энцелада не только воду, но и водород, разнообразные органические молекулы, соли и газоподобные компоненты, что указывает на сложную химическую среду, в которой могут происходить реактивные процессы, важные для предбиотической химии.
В работах других исследователей отмечается, что некоторые из органических молекул были обнаружены в «свежих» частицах льда, непосредственно выброшенных из океана, что подтверждает их происхождение из глубин водоёма, а не образование в результате воздействия радиации на поверхности в космическом пространстве.
Кроме того, данные масс-спектрометрии указывают на присутствие разнообразных органических соединений и компонентов, включая углерод, азот и другие элементы, необходимые для органической химии.
Что может дать измерение pH
pH — это мера кислотности или щёлочности раствора. В контексте океана Энцелада значение pH подсказывает, какие химические реакции возможны в его глубинах. Уровень pH также непосредственно связан с такими факторами, как содержание растворённых газов и солей, взаимодействие воды с породами на океаническом дне, и баланс химических элементов.
Существующие модели предполагают, что океан Энцелада может быть от умеренно щелочного до сильно щелочного, что соответствует другим солнечным и планетным океанам, которые на Земле могут поддерживать микроскопическую жизнь, использующую химическую энергию источников, подобных гидротермальным жерлам.
Если рамановская спектроскопия подтвердит диапазоны pH, полученные в лаборатории, планетологи смогут существенно уточнить химический портрет океана, не требуя посадочных миссий или бурения сквозь лед.
Почему это важно для поиска жизни
Для того чтобы среда считалась потенциально пригодной для жизни, как минимум три фактора должны быть учтены:
- Наличие жидкой воды. Энцелад обладает глобальным океаном под ледяной корой, который образует гейзеры.
- Доступность органических молекул. В струях обнаружены органические компоненты, которые на Земле являются предшественниками более сложной биохимии.
- Химическая энергия и подходящий pH. Возможно бурная химическая активность, включая образование водорода и процессов серпентинизации, которые могут создавать источники энергии.
Сочетание этих трех условий — жидкая вода, органическая химия и источники энергии — в совокупности рассматривается как минимум для потенциальной поддерживающей среды, пригодной для жизни, подобной земной.
Последующие шаги и перспективы
Пока что Cassini предоставляет лучшие доступные данные о составе струй Энцелада, но учёные продолжают разрабатывать методы анализа, которые могли бы использовать будущие миссии. Рамановская спектроскопия, уже испытанная на других планетных миссиях, может стать одним из ключевых инструментов при изучении поверхностных отложений на Энцеладе.
В ближайшие годы планетологи намерены сочетать данные спектроскопии с результатами других анализов, чтобы более точно оценить условия подлёдного океана, его динамику и состав. Это укрепит понимание того, насколько Энцелад близок к тому, чтобы считаться одной из самых потенциально пригодных для жизни сред в Солнечной системе.
Заключение
Изучение гейзеров Энцелада предоставляет уникальную возможность заглянуть «внутрь» недр спутника без необходимости непосредственного проникновения под лед. Анализ химии отложений от струй воды и льда с помощью современного спектроскопического оборудования может раскрыть параметры, такие как pH и состав собственного океана, и приблизить учёных к ответу на один из важнейших вопросов современной астробиологии: может ли мир за пределами Земли обладать условиями, подходящими для поддержки жизни.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
