Океан Энцелада может скрывать признаки жизни от космических аппаратов

Энцелад — шестой по размеру спутник Сатурна. Диаметр луны — примерно 500 километров. Ученые считают Энцелад одним из самых перспективных мест для поиска внеземной жизни. Причина — гейзеры, извергающиеся из разломов в южной полярной области в результате криовулканизма. Они бьют на десятки километров в высоту.

Выбросы на Энцеладе свидетельствуют не только о геотермальной активности, но и о наличии подповерхностного океана, скрытого под толстой коркой льда, глубина которого, предположительно, составляет 30 километров.

Исходя из данных, полученных миссией «Кассини», а также с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», гейзеры Энцелада — мощные струи, состоящие преимущественно из водяного пара, мелких ледяных частиц и примесей в виде химических соединений и солей. Основываясь на исследованиях «Кассини», астрофизики полагают, что в этих шлейфах должно быть много органики, участвующей в синтезе белков и ДНК.

Специалисты предположили, что на дне океана спутника Сатурна могут наблюдаться условия, очень похожие на «‎первичный бульон», который существовал на Земле миллиарды лет назад. Вполне вероятно, что он состоял из аминокислот, полипептидов, азотистых оснований, нуклеотидов. Чтобы понять, действительно ли в океане Энцелада есть необходимый для зарождения жизни набор химических элементов, важно собрать материал, который там образуется.

Однако возникает вопрос, может ли материал в гейзерах действительно отражать те химические условия, которые происходят на глубине внеземного океана? Есть вероятность, что под воздействием гравитационных сил может происходить расслоение океана Энцелада, когда вода распределяется по слоям в зависимости от плотности (стратификация) — например, из-за различий в солености или температуре. Эти слои могут слабо перемешиваться между собой и замедлить движение химических веществ от дна к поверхности.

Авторы предыдущих научных работ, используя разные модели и подходы, получали противоречивые результаты: одни эксперименты показывали почти однородный океан, другие — строгую слоистость.

Команда астрофизиков из Редингского университета (Великобритания) под руководством Флинна Эймса (Flynn Ames) попыталась детальнее разобраться в вопросе о том, характерна ли для Энцелада стратификация. Для этого ученые собрали всю имеющуюся на сегодня информацию об океане спутника Сатурна и использовали модели распределения океанской воды, которые применяют для изучения земных океанов.

Эти модели — как теоретические, так и численные — позволили также оценить, сколько времени потребуется, чтобы продукты возможных гидротермальных процессов (например, образующиеся в результате активности горячих источников на дне океана) поднялись до поверхности и попали в шлейф.

Ученые выяснили, если у полюсов Энцелада происходит постоянное таяние, то океан не может быть полностью однородным — его слоистость неизбежна. Это значит, что любые химические вещества, образовавшиеся на дне, будут подниматься к поверхности не за месяцы, как предполагали некоторые ученые на основе данных «Кассини», а за сотни, а то и тысячи лет.

Кроме того, химические соединения, в том числе органические вещества сложного строения — признаки жизни, которые ищут ученые, — с большой долей вероятности будут разрушаться по мере прохождения через различные слои океана. Даже если в глубинах Энцелада жизнь процветает, ее следы станут «неузнаваемы» для космических аппаратов, к тому времени, как материал достигнет поверхности. Предполагается, что в будущих миссиях к луне Сатурна машины будут брать пробы воды на небольшой глубине.

Ключевую роль играет соленость. При концентрации соли ниже 20 граммов на килограмм воды (как, предположительно, на Энцеладе) ее плотность ведет себя аномально. Охлаждаясь у поверхности, вода не опускается вниз, как в земных океанах, а остается сверху, формируя «инверсную стратификацию». Это создает четкие границы между слоями, которые почти не смешиваются.

Ученые проверили два сценария. В первом случае при слабом перемешивании (вызванном приливными силами Сатурна) образуется два слоя: верхний стабильный и нижний конвективный. Во втором — при сильном перемешивании весь океан становится стратифицированным. В обоих вариантах частицы с глубин 30–40 км (где возможны гидротермальные источники) не могут быстро достичь поверхности.

«‎Модель океана Энцелада напоминает поведение масла и воды в банке. Вода разделяется на слои, между которыми образуются барьеры. Эти слои слабо перемешиваются между собой, а барьеры удерживают химические соединения на глубине, не давая им подняться к поверхности в течение долгих лет. За это время органические молекулы разрушатся, а микробы, если они, конечно, есть, могут погибнуть или изменить химический состав среды», — пояснил Эймс.

Исследователи пояснили, что есть несколько возможных объяснений появления органики в шлейфах Энцелада. Основная причина — ошибка «Кассини». В 2015 году зонд обнаружил в выбросах кремниевые наночастицы, которые связывали с гидротермальной активностью. Команда Эймса предположила, что частицы попали в гейзеры иным путем, а не с океанского дна. 

Авторы исследования отметили, что похожая ситуация с океаном Энцелада может наблюдаться и с подледными океанами на других телах Солнечной системы. Поэтому, если ученые хотят найти жизнь за пределами Земли, необходимо пересмотреть методы сбора образцов.

Выводы команды Эймса представлены в журнале Communications Earth & Environment.