Европа, Ганимед и Каллисто давно привлекают внимание планетологов как потенциальные места для поиска внеземной жизни. Под их толстой ледяной корой скрываются жидкие океаны, где есть вода и источники энергии. Однако для зарождения живой материи необходим третий компонент — сложные органические молекулы, содержащие углерод, азот и кислород.
Раньше наука не давала точного ответа, откуда эти вещества появились на спутниках в достаточном количестве. Существовала вероятность, что они попали туда из далекого космоса или образовались прямо на месте.
Основой для органической химии в космосе служат льдинки из метанола, аммиака и углекислого газа. Лабораторные эксперименты показали, что превращение этих простых соединений в сложные кирпичики жизни происходит под воздействием двух факторов. Первый — это ультрафиолетовое излучение от молодых звезд. Второй — умеренный нагрев, который запускает химические реакции внутри ледяных зерен.
Астрофизикам предстояло выяснить, какой из путей сработал в случае с лунами Юпитера миллиарды лет назад. В новой работе ученые объединили данные об эволюции газопылевых дисков и движении частиц материи, построив детальную модель ранней Солнечной системы. Это позволило восстановить историю формирования спутников. Результаты опубликовали в журналах The Planetary Science Journal и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Авторы исследования симулировали поведение тысяч частиц пыли и льда, проследив их путь сквозь время и пространство, чтобы понять, сколько радиации и тепла они могли получить. Модель учитывала движение материи от момента рождения Солнца до формирования планет-гигантов.
Расчеты показали работу сложного транспортного конвейера. В протосолнечной туманности частицы льда подвергались жесткому облучению и нагреву. Пылинки из отдаленных и холодных регионов, расположенных за 12 астрономических единиц от Солнца, редко долетали до Юпитера. Зато материал, находившийся на расстоянии около семи астрономических единиц, успешно проходил тепловую обработку. Почти половина крупных частиц размером в сантиметр из этой зоны превратилась в переносчиков готовой органики и вошла в состав будущих лун.
Параллельно мощный химический реактор работал в непосредственной близости к Юпитеру. Планету окружал собственный плотный диск из газа и пыли, из которого и сформировались Галилеевы спутники. Модель показала, что внутри этого диска главную роль играло именно тепло, а не облучение ультрафиолетом. Гравитация и трение разогревали материю, создавая подходящие условия для синтеза органики из аммиака и углекислого газа. Частицы не успевали накопить большую дозу ультрафиолета, но нагрев эффективно превращал лед в сложные соединения.
Исследователи подтвердили, что луны Юпитера собрали органический материал отовсюду. Сложные молекулы, рожденные в огромном облаке вокруг Солнца, дополнили вещества, созданные в локальном диске планеты-гиганта. Подледные океаны Европы, Ганимеда и Каллисто с момента образования обладали полным набором ингредиентов для пребиотической химии. Наличие такого богатого химического коктейля значительно повышает шансы на их обитаемость в прошлом и настоящем.