Сатурн має 146 підтверджених супутників – більше, ніж будь-яка інша планета Сонячної системи – але один з них, під назвою Енцелад, виділяється. Схоже, на ньому є інгредієнти для життя.
З 2004 по 2017 рік Кассіні – спільна місія НАСА, Європейського космічного агентства та Італійського космічного агентства – досліджував Сатурн, його кільця та супутники. Кассіні зробив вражаючі висновки. Енцелад, діаметром лише 313 миль (504 кілометри), під крижаною корою, що охоплює весь Місяць, ховає океан рідкої води.
Гейзери на південному полюсі Місяця викидають у космос газ і крижані зерна, що утворилися з океанічної води.
Хоча інженери “Кассіні” не планували аналізувати крижинки, які активно викидає Енцелад, вони встановили на космічному апараті аналізатор пилу. Цей інструмент вимірював крижинки, що викидалися, окремо і розповідав дослідникам про склад підповерхневого океану.
Як планетолог і астробіолог, який вивчає крижані зерна з Енцелада, я цікавлюся, чи є життя на цьому або інших крижаних супутниках. Я також хочу зрозуміти, як такі вчені, як я, можуть його виявити.
Інгредієнти для життя
Подібно до земних океанів, океан Енцелада містить сіль, більшу частину якої складає хлорид натрію, відомий як кухонна сіль. Океан також містить різні сполуки на основі вуглецю, і в ньому відбувається процес, який називається приливним нагріванням, що генерує енергію в межах Місяця. Рідка вода, хімічні сполуки на основі вуглецю та енергія – це ключові складові життя.
У 2023 році я та інші вчені знайшли фосфат, ще одну життєво важливу сполуку, у крижаних зернах, що походять з океану Енцелада. Фосфат, форма фосфору, життєво необхідний для всього живого на Землі. Він входить до складу ДНК, клітинних мембран і кісток. Це був перший випадок, коли вчені виявили цю сполуку в позаземному водному океані.
Скелясте ядро Енцелада, ймовірно, взаємодіє з водним океаном через гідротермальні джерела. Ці гарячі, схожі на гейзери структури виступають з дна океану. Вчені припускають, що подібне середовище могло бути місцем зародження життя на Землі.
Виявлення потенційного життя
На сьогоднішній день ніхто не виявив життя за межами Землі. Але вчені сходяться на думці, що Енцелад – дуже перспективне місце для пошуку життя. Тож, як ми будемо шукати?
У статті, опублікованій у березні 2024 року, ми з колегами провели лабораторний тест, в якому змоделювали, чи зможуть прилади для аналізу пилу на космічних апаратах виявити та ідентифікувати сліди життя у викинутих крижаних зернах.
Щоб змоделювати виявлення крижаних крупинок, як їх фіксують аналізатори пилу в космосі, ми використали лабораторну установку на Землі. За допомогою цієї установки ми інжектували крихітний пучок води, що містив бактеріальні клітини, у вакуум, де пучок розпадався на краплі. Кожна крапля теоретично містила одну бактеріальну клітину.
Потім ми вистрілили лазером в окремі краплі, який створив заряджені іони з води та сполук клітин. Ми виміряли заряджені іони за допомогою методу, який називається мас-спектрометрія. Ці вимірювання допомогли нам передбачити, що знайдуть прилади для аналізу пилу на космічному апараті, якщо вони зіткнуться з бактеріальною клітиною, що міститься в крижаній крихті.
Ми виявили, що ці прилади добре впораються з ідентифікацією клітинного матеріалу. Прилади, призначені для аналізу окремих крижаних зерен, повинні бути здатні ідентифікувати бактеріальні клітини, навіть якщо в крижаному зерні з гейзера типу Енцелада міститься лише 0,01 відсотка складових однієї клітини.
Аналізатори можуть розпізнати низку потенційних ознак клітинного матеріалу, включаючи амінокислоти та жирні кислоти. Виявлені амінокислоти є або фрагментами білків клітини, або метаболітами – невеликими молекулами, що беруть участь у хімічних реакціях всередині клітини. Жирні кислоти – це фрагменти ліпідів, з яких складаються мембрани клітин.
У наших експериментах ми використовували бактерію Sphingopyxis alaskensis. Клітини цієї культури надзвичайно крихітні – такого ж розміру, як клітини, які могли б поміститися в крижинках льоду, що виділяються з Енцелада. На додаток до свого маленького розміру, ці клітини люблять холодне середовище, і їм потрібно лише кілька поживних речовин, щоб вижити і рости, подібно до того, як життя, пристосоване до умов океану Енцелада, ймовірно, могло б бути.
Спеціальний аналізатор пилу на “Кассіні” не мав аналітичних можливостей для ідентифікації клітинного матеріалу в крижаних зернах. Однак вчені вже розробляють інструменти з набагато більшими можливостями для потенційних майбутніх місій Енцелада. Наші експериментальні результати будуть використані при плануванні та розробці цих приладів.
Майбутні місії
Енцелад є однією з головних цілей для майбутніх місій НАСА та Європейського космічного агентства. У 2022 році NASA оголосило, що місія на Енцелад має другий за пріоритетністю пріоритет при виборі наступних великих місій – найвищий пріоритет має місія на Уран.
Європейське агентство нещодавно оголосило, що Енцелад є головною метою його наступної великої місії. Ця місія, ймовірно, включатиме потужний аналізатор пилу для аналізу крижаних зерен.
Енцелад – не єдиний супутник з океаном рідкої води. Супутник Юпітера Європа також має океан, який охоплює весь місяць під крижаною корою. Крижані зерна на Європі плавають над поверхнею, і деякі вчені вважають, що на Європі можуть навіть бути гейзери, подібні до Енцелада, які викидають зерна в космос. Наше дослідження також допоможе вивчити крижані зерна з Європи.
Місія НАСА Europa Clipper відвідає Європу в найближчі роки. Запуск Clipper заплановано на жовтень 2024 року, а прибуття до Юпітера – на квітень 2030 року. Один з двох мас-спектрометрів на космічному апараті, аналізатор поверхневого пилу SUrface Dust Analyzer, призначений для аналізу окремих крижаних зерен.
Прилад SUrface Dust Analyzer на Clipper аналізуватиме зерна льоду з супутника Юпітера – Європи. (NASA/CU Boulder/Glenn Asakawa)
Наше дослідження демонструє, що цей інструмент зможе знайти навіть крихітні фракції бактеріальних клітин, якщо вони присутні лише в декількох крижаних зернах, що викидаються.
Зважаючи на найближчі плани космічних агентств та результати нашого дослідження, перспективи майбутніх космічних місій до Енцелада або Європи є неймовірно захоплюючими. Тепер ми знаємо, що за допомогою існуючих і майбутніх приладів вчені зможуть з’ясувати, чи є життя на будь-якому з цих супутників.
