Для тех кто не нашёл

справа в центре

Есть ли жизнь на Энцеладе?

В середине февраля вышел препринт, пожалуй, одной из самых значимых статей по астробиологии за последнее время:

Glein, C., Baross, J.A. et Waite, J.H. The pH of Enceladus' ocean.
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1502/1502.01946.pdf

Напомню, что спутник Сатурна Энцелад является единственным небесным телом, помимо Земли, на котором доказано существование океана воды. Последний буквально извергается в космос в виде многочисленных гейзеров на Южном полюсе. Конечно, есть еще Европа, и, все же, пока что все свидетельства существования океана на ней остаются косвенными, пусть в них никто особо и не сомневается (наблюдение возможного гейзера в 2012 году так и остается загадкой).


Судя по гравиметрии, этот океан не глобален и доходит максимум до экватора. Толщина ледового щита над ним оценивается в 30-40 км (примерно как на Европе), а глубина самого океана составляет 20-30 км (что гораздо мельче океана Европы).

Наконец, и это главное, аппарат Кассини (слава и хвала пилотам его) многократно пролетал непосредственно через гейзеры, делая попытки анализа их химического состава in situ. Работа как раз посвящена построению химической модели полярного Океана Энцелада по данным такого прямого анализа двумя приборами Кассини, Cosmic Dust analyzer (CDA) и Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS).

Статья написана очень простым языком, логика исследования и модели понятна даже неспециалисту. Побольше бы таких работ!
Основной полученный результат - океан очень щелочной. Это вполне согласуется с более ранним моделированием взаимодействия океана Энцелада с его ядром, и совокупно с ним дает следующую картину.

Основным процессом, определяющим состав воды в океане Энцелада, является серпентинизация. Это такая совокупность реакций, при которой всякие первичные минералы типа оливина, пироксена и т.д. превращаются в минералы группы серпентина, в т.ч. при контакте с водой. При этом создается дефицит протонов, и pH растет, в случае Энцелада - до 11-12. Это резко отличает его океан от земного (pH морской воды - 8.1), а, возможно, и от океана Европы, который по некоторым моделям должен быть кислым из-за поступления веществ с поверхности спутника.

Энцелад - одно из наименьших планетарных тел солнечной системы; площадь его поверхности лишь чуть-чуть больше площади Хабаровского края. Следовательно, его ядро также маленькое, и эффективность нагрева от распадающихся элементов никогда не была в нем велика. По все видимости, оно так и не расплавилось в процессе дифференциации Энцелада и, в отличии от более крупных тел, в частности Европы и Земли, представляет собой обычный хондрит. Это также отличает океан Энцелада от океанов Европы и Земли, где морское дно сложено базальтами. Как следствие, на Энцеладе не может быть подводных вулканов (прощай, возможность "черных курильщиков"!) и нет обновления океанической породы. Это не значит, что там вообще нет гидротермальных источников, ведь серпентинизация в океанах Земли нередко происходит с выделением тепла; однако, сама серпентинизация породы могла произойти лишь однажды, и существование таких источников и даже жизни зависит от того, происходит ли она на Энцеладе в настоящий момент. Наконец, что совсем необычно для Земли, сам океан и осадочные отложения на его дне находятся в равновесии, из-за малого поступления энергии извне и гораздо большей гомогенности океана.

Авторы статьи проводят весьма детальный анализ, что всё это значит для возможности происхождения и существования в настоящее время жизни на Энцеладе. Симуляции многих тех в контексте панспермии ( http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1311/1311.2558.pdf ) показывают, что, в отличие от Европы, земная или марсианская жизнь долететь до Энцелада не могла. В то же время, древнейшие находки земной жизни привязаны к местам, где активно шла серпентинизация. Многие современные теории происхождения жизни также придают серпентинизации важнейшее значение для всех стадий происхождения жизни, а выделяющийся при этом молекулярный водород, скорее всего, играл ключевую роль в раннем метаболизме. Щелочные условия благоприятствуют абиотическому синтезу некоторых важных органических молекул, например, рибозы, и, как отмечают авторы, мы видим следы такого синтеза в самих гейзерах, которые содержат HCN, формальдегид и другую органику. Однако, они подчеркивают, что мы не знаем пока, насколько для происхождения земной жизни были важны такие факторы как атмосфера, тектоника, солнечный свет или суша. Поэтому Энцелад - это настоящая естественная лаборатория по изучению "второго генезиса" - независимого происхождения жизни.

Исследователи прогнозируют, что, если серпентинизация продолжается в настоящий момент (есть источник свежего молекулярного водорода), и жизнь таки возникла, мы может ожидать увидеть там анаэробных метано- и ацетогенов. Естественно, это будут исключительно одноклеточные организмы, и их биоразнообразие, если судить по земным аналогам, будет не очень велико. На последние авторы призывают обратить особое внимание. Исходя из вышесказанного, ясно, что океан под ледовым щитом, равно как и подледные озера Антарктиды не являются хорошими аналогами океана Энцелада. Необходимо изучать сильно щелочные источники с активно идущей серпентинизацией. Одно из таких мест - т.н. Затерянный Город, открытый на дне Атлантике в 2000 году. pH достигает там 9-11, температура 40-90 градусов, крупных животных нет (в отличие от "черных курильщиков"), а в сообществе доминирует один вид анаэробной археи-метаногена.


Если же серпентинизация давно закончилась, организмы на Энцеладе давно умерли от голода, и мы можем надеяться обнаружить лишь их останки. В любом случае, это не будет просто. Как показывает модель в обсуждаемой статье, многие биомаркеры, например, аминокислоты, будут присутствовать в гейзере лишь в льдинках, и их не просто нельзя будет обнаружить дистанционно - необходимо будет достаточно специализированное, дорогое оборудование... ну или возврат образца на Землю Недавно проведенный в НАСА семинар по обнаружению жизни в таком гейзере продемонстрировал огромные разногласия среди планетологов и астробиологов насчет того, что считать биомаркерами и как их обнаруживать. Единственное, на чем сошлись - вопреки популярным представлениям, найти жизнь в частицах гейзера СЛОЖНО.

За года, прошедшие с момента открытия гейзеров на Энцеладе было предложено много миссий по их изучению. Увы, ни одна не была профинансирована. В этом году в рамках программы НАСА Discovery была предложена очередная такая миссия, Enceladus Life Finder (ELF: http://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc20 ... 5.pdf). Официальный список финалистов программы будет оглашен в июне, и, если миссия получит финансирование, она отправится к Энцеладу 31 декабря 2021 года и будет лететь к Сатурну 7 лет. Не хотелось бы быть пессимистом, но, глядя на стратегию НАСА в последние годы, шансы у этой миссии не сильно выше, чем у ее предшественников. Особенно учитывая, что фокус сместился обратно к Европе (целиком оправданно, надо сказать). Так что, есть ли жизнь на Энцеладе, или нет, будет загадкой еще долго...

Серпентинизация или Water-Rock Reaction

На Земле подобный процесс интенсивно идет под Срединно-Атлантическим хребтом.
3Fe₂SiO_{4фаялит} + 2H₂O = 2Fe₃O₄ + 3SiO₂ + 2H₂
или более идеализировано
2FeO + H₂O = Fe₂O₃ + H₂
Если в среду случайно попадет CO₂ или CO₃^2-
то они в геотермальных условиях будут немедленно восстановлены до метана.
Сразу вспоминается теория водородной Земли Ларина. Он оказался частично прав - водород образуется, но не в глубине, а в приповерхностном слое мантии, преимущественно под океанами. В чистом виде H₂ летит в середине Атлантического океана, напротив побережья Марокко и Исландии. В остальных случаях имеет место абиогенный метан - продукт восстановления карбонатов. Огромный бассейн сланцевого природного газа в районе Великих озер образован за счет серпентинизации под Срединно-Атлантическим хребтом.