Нові лабораторні дослідження вказують на те, що деякі органічні молекули, виявлені у викидах газу з супутника Сатурна Енцелад, можуть бути продуктами природного випромінювання, а не походити з океану, що знаходиться під його поверхнею. Це відкриття ускладнює оцінку астробіологічної значущості цих сполук.
Енцелад має глобальний океан, прихований під його льодовою корою. Матеріали з цього рідкого резервуару викидаються у космос з тріщин в льоду поблизу південного полюса, утворюючи стовпи крижаних частинок розміром з пил, які простягаються на сотні кілометрів. Хоча більшість цих матеріалів повертається на поверхню, деякі залишаються в орбіті, стаючи частиною Кільця Е Сатурна, найзовнішнього та найширшого з кілець планети.
З 2005 по 2015 роки апарат Cassini NASA неодноразово проходив крізь ці викиди та виявляв різноманітні органічні молекули. Це було сприйнято як доказ хімічно багатого і потенційно придатного для життя середовища під льодовою корою, де молекули, необхідні для життя, могли бути доступні. Однак нове дослідження пропонує альтернативне пояснення того, що радіація, а не біологічні процеси, лежить в основі присутності принаймні частини з цих органічних молекул.
Щоб випробувати роль космічної радіації, команда дослідників на чолі з планетарним вченим Грейс Річардс, постдоком в Національному інституті астрофізики в Римі, відтворила умови поблизу поверхні Енцелада, створивши суміш води, вуглекислого газу, метану та аміаку, основних компонентів поверхневого льоду на Енцеладі. Вони охолодили цю суміш до -200°C у вакуумній камері і потім бомбардували її водяними іонами, які є важливим компонентом радіаційного середовища, що оточує супутник.
Радіація спричинила серію хімічних реакцій, які призвели до утворення коктейлю молекул, зокрема оксиду вуглецю, ціанату, амонію та різних спиртів, а також молекулярних попередників амінокислот, таких як формамід, ацетилен та оцтовий альдегід. Присутність цих простих молекул вказує на те, що радіація може спричинити подібні реакції на Енцеладі.
Річардс представила ці результати на Європейському конгресі науки про планети, що проходив у Гельсінкі, Фінляндія. Вона та її співавтори також опублікували детальний звіт у журналі Planetary and Space Science.
Енцелад і за його межами
Нове дослідження піднімає питання про те, чи дійсно органічні молекули, виявлені у викидах на Енцеладі, походять з його прихованого океану, чи вони утворюються в космосі, або ж формуються поблизу поверхні після виходу з інтер’єру Енцелада.
Хоча це відкриття не виключає можливості наявності придатного для життя океану на Енцеладі, Річардс закликає обережно оцінювати пряму зв’язок між присутністю цих молекул у викидах, їхнім походженням та можливим роллю як попередників біохімії.
“Я не вважаю, що мої експерименти дискредитують будь-які твердження про придатність Енцелада для життя,” – сказала Річардс.
Однак вона додала: “коли ви намагаєтеся вивести склад океану з того, що бачите в космосі, важливо розуміти всі процеси, які змінюють цей матеріал.” Окрім радіації, ці процеси включають фазові зміни, взаємодії з льодовими стінами супутника та з космічним середовищем.
“Нам потрібно провести багато подібних експериментів,” – сказав планетарний вчений Алексіс Букет, дослідник Французького національного центру наукових досліджень (CNRS) в Л’Університеті м. Екс-Марсель, який не брав участі в дослідженні. “Вони продемонстрували, що ви можете отримати певний різновид видів в умовах, які є актуальними для південного полюса Енцелада.”
Букет підкреслив важливість моделювання цих середовищ у лабораторії для планування майбутніх місій до Енцелада та для тлумачення даних, які очікують від теперішніх місій до крижаних супутників Юпітера. Ці місії включають Europa Clipper, яка вивчить Європу, та JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) Європейського космічного агентства, яка відвідає всі три супутники великої планети з підповерхневими океанами: Ганімед, Калісто та Європа.
Інтенсивна радіація навколо Юпітера робить ці експерименти особливо актуальними. “Хімія радіації для Європи або юпітеріанських супутників загалом [є] великою справою, більшою справою, ніж для Енцелада,” – каже Букет.
Інша зовсім інша історія
Оскільки роботи Річардс ставлять під сумнів походження органічних сполук навколо Енцелада, дослідники продовжують додавати нові молекули до загальної картини.
Після нового аналізу даних, зібраних під час одного з близьких підходів Cassini до Енцелада в 2008 році, дослідники на чолі з планетарним вченим Nozair Khawaja з Вільного університету Берліна та Штутгартського університету повідомили про виявлення нових типів органічних молекул, які, здавалося, виходять з крижаних отворів. Серед них естери та ефіри, а також циклічні види, які містять подвійні зв’язки кисню та азоту.
На Землі ці молекули є важливими ланками в серії хімічних реакцій, які в кінцевому підсумку призводять до утворення складних сполук, необхідних для життя. І хоча ці молекули можуть мати неорганічне походження, “вони підвищують потенціал придатності Енцелада для життя,” – сказав Khawaja. Результати були опубліковані у Nature Astronomy.
Аналіз команди Khawaja свідчить про присутність складних органічних молекул у свіжих крижаних частинках, які тільки що викинулися з отворів. Під час останнього прольоту Cassini наблизився до поверхні супутника на відстань 28 кілометрів.
Після моделювання викидів і тривалості перебування крижаних частинок у космосі, вони вважають, що крижані частинки, зразки яких взяв Cassini, не провели багато часу в космосі, імовірно, лише “декілька хвилин”, – сказав Khawaja. “Вони свіжі.”
Ця коротка тривалість у космосі ставить під сумнів, чи мала космічна радіація достатньо часу, щоб утворити органічні молекули, виявлені Khawaja. Навіть у середовищі з високою радіацією “кілька хвилин” не є достатнім для такої складної хімії.
“Великі частинки, що виходять з поверхні, і повні органіки? Це набагато складніше пояснити через радіаційну хімію,” – сказав Букет.
Хоча типи експериментів, проведених Річардс, “є цінними і піднімають науку на наступний рівень,” – зазначив Khawaja, “наші результати розповідають іншу зовсім іншу історію.”
Повернення до Енцелада
Обидва дослідження підкреслюють складність хімії Енцелада, підтверджуючи його як основну ціль у пошуках позаземного життя чи, принаймні, складових його основ. Енцелад має всі три необхідні умови для життя: рідку воду, джерело енергії та багатий коктейль хімічних елементів і молекул. Навіть якщо підповерхневий океан недоступний — він знаходиться принаймні на кілька кілометрів нижче льоду поблизу полюсів — викиди є єдиною відомою можливістю зразка позаземного рідкого океану.
Дослідження можливості місії Європейського космічного агентства, присвяченої Енцеладу, вже розпочалися, з планами, що включають високошвидкісні проліт через викиди та, можливо, спускаемый апарат на південному полюсі. Висновки обох останніх досліджень допоможуть дослідникам розробити обладнання та орієнтуватися в тлумаченнях майбутніх результатів.
“Немає кращого місця для пошуків [життя], ніж Енцелад,” – підсумував Khawaja.