На этом завораживающем снимке видны струи водяного пара и ледяных частиц, вырывающиеся из южного полюса сатурнианского 504-километрового спутника Энцелада.
Источником выбросов является система разломов, известная как "тигровые полосы". Через эти трещины в ледяной коре выбрасываются струи водяного пара, льда и органических соединений. Потоки образуют огромные шлейфы, вздымающиеся на сотни километров над поверхностью спутника.
Именно благодаря этим выбросам ученые получили уникальную возможность исследовать "внутренности" Энцелада без бурения. Пролетая сквозь шлейфы, инструменты космического аппарата NASA "Кассини" обнаружили воду, соли, органические соединения, молекулярный водород и другие вещества, указывающие на сложную химию подледного океана и возможную гидротермальную активность на его дне.
Сегодня Энцелад считается одним из самых перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе. Неудивительно, что ESA и Китайское национальное космическое управление (CNSA) независимо друг от друга прорабатывают концепции будущих миссий с посадкой на поверхность этого загадочного спутника окольцованного гиганта.
Фотография была получена "Кассини" 27 ноября 2005 года с расстояния около 144 000 километров.
Перед вами ледяная поверхность 504-километрового спутника Сатурна Энцелада, запечатленная 28 октября 2015 года космическим аппаратом NASA "Кассини". В момент получения этой фотографии зонд находился всего в 48 километрах от "морщинистой" поверхности загадочного мира, обладающего потенциально обитаемым подповерхностным океаном.
В 2005 году, анализируя данные "Кассини", ученые установили, что гейзеры на южном полюсе Энцелада являются источником ледяных крупиц и газа, вырывающихся из недр сатурнианской луны со скоростью более 400 метров в секунду. Примечательно, что эти извержения непрерывны — снижается лишь их интенсивность. Из-за этого вокруг Энцелада сформировался огромный, но чрезвычайно разреженный ореол мелкой ледяной пыли, часть которой идет на поддержание существования E-кольца Сатурна.
Львиная же доля этих ледяных крупиц постепенно оседает на поверхность спутника, обеспечивая ее медленное, но непрерывное обновление. Благодаря этому Энцелад обладает самым высоким альбедо (отражательной способностью) среди всех тел в Солнечной системе, отражая от 90% до 99% падающего солнечного света.
Спектральный анализ выбрасываемого льда и газа позволил выявить в гейзерах Энцелада не только воду, но и молекулярный водород, диоксид углерода, сложные органические соединения и соли — все, что нужно для зарождения и поддержания жизни. Кроме того, это подтвердило гипотезу наличия разогретого каменного ядра, с которым океан активно взаимодействует. Следовательно, Энцелад не лишен внутренней энергии, без которой невозможно существование жизни.
Планетологи и астробиологи считают, что в океане Энцелада могут процветать хемосинтетические экосистемы, подобные земным сообществам у гидротермальных источников в глубинах Мирового океана.
Будущие миссии будут включать посадку на поверхность Энцелада и, вероятно, проникновение в его океан через разломы на южном полюсе, из которых бьют гейзеры.
Сегодня Энцелад — самое перспективное место для поиска внеземной жизни в пределах Солнечной системы.
Кадр, представленный ниже, был получен космическим аппаратом NASA "Кассини" 12 марта 2012 года. И это не просто очередная красивая космическая фотография, а карта будущего — направление, по которому человечество пойдет в поисках жизни за пределами Земли.
На переднем плане — ледяной 504-километровый спутник Сатурна Энцелад. Его поверхность покрыта толстой коркой льда, средняя толщина которой составляет внушительные 20 километров. Но под ней скрывается глобальный подповерхностный океан. Из глубоких разломов на южном полюсе, носящих поэтическое название "тигровые полосы", регулярно вырываются струи водяного пара и ледяных частиц — гейзерная активность, выбрасывающая в открытый космос материал, который берется непосредственно из океана.
"Кассини" несколько раз пролетал сквозь гейзеры Энцелада, осуществляя анализ образцов прямо налету. В ходе этих операций аппарат обнаружил сложные органические молекулы, аммиак, метан, соли и фосфаты. Кроме того, недавний повторный анализ данных показал, что океан Энцелада существенно теплее, чем предсказывали модели, а еще он очень стабильный и, определенно, существует очень давно. Все это является косвенным доказательством того, что перед нами очень перспективное место для зарождения и поддержания жизни, какой мы ее знаем по земному опыту. Вероятно, Энцелад уже является обитаемым миром.
На заднем плане изображения — Титан, гигантский спутник со средним диаметром 5 152 километров. Этот мир крупнее Меркурия (средний диаметр 4 879 километров) и почти в 1,5 раза больше Луны. Титан — единственный спутник в Солнечной системе, наделенный атмосферой (она даже на 50% плотнее земной), и на поверхности которого есть устойчивые "водоемы", представляющие собой углеводородные "коктейли": реки, озера и моря из жидких метана и этана. В этих "водоемах", при температуре ниже -180 градусов Цельсия, могут протекать химические процессы, совершенно чуждые земной биохимии — но, возможно, не менее сложные.
Энцелад предлагает нам жидкую воду и органику — основу земной жизни. Титан — жидкость, но другую, и атмосферу, способную поддерживать необычные формы химической эволюции.
Оба мира — не просто интересные объекты. Они — две природные лаборатории для проверки независимых гипотез о том, как может возникнуть жизнь в космосе. И на этом снимке два таких разных небесных тела, представляющих колоссальный научный интерес, символически разделены кольцами Сатурна.
На 504-километровом спутнике Сатурна Энцеладе бьют гейзеры — но не из горячей воды, а из ледяной. Струи взмывают на сотни километров в космос, формируя E-кольцо планеты-гиганта.
Эта активность связана с тем, что под 20-километровой ледяной корой скрывается глобальный океан. Зонд NASA «Кассини», изучавший систему окольцованного гиганта с 1 июля 2004 года до 15 сентября 2017 года, обнаружил в выбросах сложные органические молекулы, водород, соли — все, что нужно для зарождения и поддержания жизни.
Почему обнаружение водорода, самого распространенного элемента во Вселенной, так интригует? Дело в том, что его присутствие указывает на гидротермальные процессы на дне океана — там, где горячая вода взаимодействует с породами. Аналогичное есть и на дне земных океанов — гидротермальные источники "черные курильщики", которые являются "оазисами жизни", процветающей на морской глубине без доступа к солнечному свету.
Откуда энергия?
Откуда столь крошечный мир берет энергию для извержений? Приливные силы Сатурна разогревают недра спутника изнутри. Орбита Энцелада слегка вытянута, и гравитация гиганта то сжимает, то растягивает его. Эти непрерывные процессы генерируют тепло. Трение превращает лед в воду, давление — в гейзеры.
Примечательно, что гейзерная активность сконцентрирована на южном полюсе спутника, что можно объяснить более тонкой ледяной корой. Там проходят четыре гигантских разлома — "тигровые полосы". Именно из них вырываются ледяные фонтаны, питающие кольцо Сатурна и обновляющие и без того белоснежную поверхность Энцелада.
Миссия будущего
Вне всяких сомнений Энцелад — один из главных кандидатов на роль дома для внеземной жизни. И для проверки этого нам даже не нужно бурить — океан сам великодушно выплескивается в космос.
Европейское космическое агентство (ESA) планирует организацию масштабной миссии к Энцеладу, подразумевающей не только отправку орбитального аппарата, но и спускаемого модуля, который совершит посадку на южный полюс для сбора образцов выбросов непосредственно у источника.
Если под льдами Энцелада действительно существует жизнь, мы можем найти ее доказательства уже в ближайшие десятилетия. А если мы не найдем там жизнь? Тогда мы будем искать ответ на вопрос, почему в идеальных условиях она не появилась.
Но почему именно этот крошечный мир со средним диаметром в 504 километра может стать местом, где мы впервые обнаружим внеземную жизнь?
История началась в 2005 году, когда космический аппарат NASA "Кассини", проработавший в системе Сатурна с 30 июня 2004 года по 15 сентября 2017 года, заметил нечто удивительное — из южного полюса Энцелада вырывались гигантские струи водяного пара и ледяных частиц. Это событие перевернуло наше представление о малых ледяных телах Солнечной системы, которые ранее считались геологически мертвыми.
12 марта 2008 года произошло еще более удивительное событие — "Кассини" совершил невероятно смелый маневр, пролетев сквозь один из этих водяных шлейфов, чтобы поймать несколько кристаллов льда. Анализ данных показал:
Вода подледного океана Энцелада оказалась соленой, с содержанием органических молекул и химических соединений, удивительно похожих на те, что обнаружены в глубинах земных океанов.
В составе шлейфов было зафиксировано аномально высокое содержание метана — газа, который на Земле часто является продуктом жизнедеятельности организмов.
В 2018 году анализ данных выявил наличие сложных органических молекул с массой более 200 атомных единиц — это уже непосредственные предшественники аминокислот, строительных блоков жизни. Кроме того, были найдены соединения фосфора, которые крайне необходимы для образования ДНК.
Все эти открытия подтвердили существование под ледяной корой Энцелада глобального океана жидкой воды глубиной до 10 километров. Но почему обнаружение жизни именно здесь стало бы настоящей научной революцией?
Ответ кроется в невероятном расстоянии. Энцелад удален примерно на 1,4 миллиарда километров от Земли. Если мы обнаружим там жизнь, которая однозначно возникла независимо от земной, это будет означать, что в одной только нашей Солнечной системе жизнь зародилась минимум дважды.
А если такое произошло в пределах одной планетной системы, то какова вероятность, что среди миллиардов звезд в нашей Галактике жизнь — это очень редкое, уникальное явление? Практически нулевая. Обнаружение даже простейших микроорганизмов на Энцеладе будет означать, что наша Вселенная, скорее всего, кишит жизнью.
Особенность Энцелада также в том, что его гейзеры буквально выбрасывают образцы подледного океана в космос. Нам не нужно бурить километры льда, чтобы добраться до воды — достаточно отправить новый космический аппарат, оснащенный самыми продвинутыми инструментами, который будет пролетать сквозь шлейфы, собирать образцы и осуществлять беспрецедентный анализ прямо на месте. Гейзерная активность делает Энцелад гораздо более доступным для исследований, чем другие миры с подповерхностными океанами, такие как Европа и Ганимед (спутники Юпитера).
Учитывая ограниченное количество энергии и питательных веществ в океане этого маленького спутника, ученые предполагают, что если жизнь там и существует, то она, вероятно, представлена простейшими микроорганизмами. Но даже такое открытие полностью перевернет наше понимание распространенности жизни во Вселенной.
Миссия NASA Europa Clipper, запущенная 14 октября 2024 года, хоть и направляется к юпитерианской Европе, она даст нам бесценный практический опыт дистанционного исследования подледных океанов. Ученые надеются, что в обозримом будущем получит финансирование миссия NASA Enceladus Life Finder, целью которой будет сбор гейзерных образцов и их изучение. Enceladus Life Finder — наша возможность получить ответ на один из самых волнующих вопросов: одиноки ли мы во Вселенной?
Команда планетологов из Массачусетского технологического института, которую возглавил доктор Сигэру Вакита, моделируя сценарии формирования многокольцевых ударных кратеров Тайр и Калланиш на ледяной поверхности Европы, спутника Юпитера, пришла к выводу: толщина ледяной коры Европы, отделяющей подповерхностный океан от космической среды, составляет не менее 20 километров.
Из этого следует, что для получения ответа на вопрос, есть ли в океане Европы жизнь, нам придется очень много и долго бурить. Технологий для этого у человечества нет, как и нет соответствующего опыта и щедрого финансирования науки, так что ни сегодня, ни через двадцать лет, мы не сможем реализовать проект такого масштаба.
Пока же команда Вакиты предлагает осуществить не менее интересный проект по "проникновению в подповерхностный океан Энцелада", небольшого ледяного спутника Сатурна. Стоит отметить, что в отличие от океана Европы с океаном Энцелада у нас уже был прямой — хотя и незначительный — контакт за счет гейзерной активности. Это событие, произошедшее в рамках миссии NASA "Кассини", показало, что по составу подповерхностный океан Энцедала очень похож на Земной; он содержит все химические ингредиенты, необходимые для зарождения жизни.
Гейзерная активность Энцелада связана с разломами на южном полюсе спутника, и команда Вакиты предлагает отправить к краю одного из них посадочный модуль с гибкими (мягкими) роботами на борту, которые просто... упадут внутрь. Разломы имеют доступ к подповерхностному океану, а значит рано или поздно роботы окажутся в нем. Для организации такой миссии нужно решить как минимум две глобальные проблемы:
Найти способ качественно передавать данные из океана, находящегося под ледяной корой толщиной не менее километра (вероятно, посадочный модуль + спутник-ретранслятор решат вопрос);
Найти около миллиарда долларов для организации миссии.
Международная команда ученых сделала важнейшее открытие при анализе архивных данных миссии NASA "Кассини", в рамках которой с 30 июня 2004 года до 15 сентября 2017 года изучалась система Сатурна: в ледяных частицах, выбрасываемых гейзерами 504-километрового спутника Энцелада, обнаружены фосфаты натрия — соединения, критически важные для возникновения жизни. Это первое подтверждение наличия соединений фосфора в океанах за пределами Земли.
Фосфор является одним из фундаментальных элементов жизни на Земле, входя в состав ДНК, клеточных мембран и участвуя в энергетическом обмене всех живых организмов. Обнаружение фосфатов в океане Энцелада существенно повышает оценку потенциальной обитаемости этого спутника Сатурна.
Открытие стало возможным благодаря данным, собранным анализатором космической пыли, который был установлен на борту космического аппарата "Кассини". Анализатор улавливал и исследовал ледяные частицы, выбрасываемые из подповерхностного океана Энцелада во время гейзерной активности на его южном полюсе. Чтобы получить доступ к исходному материалу, "Кассини" пришлось несколько раз пролететь сквозь струи водяного пара и захватить крупицы льда, несущие бесценную информацию о подповерхностном океане.
Анализ показал, что концентрация фосфатов в океане Энцелада минимум в 100 раз превышает содержание аналогичных соединений в земных океанах. Этот факт оказался неожиданным даже для ученых, которые ранее предполагали наличие фосфора в океане спутника (но точно не в таких значительных количествах).
Перспективы исследований
Новое компьютерное моделирование указывает на вероятность обнаружения высоких концентраций фосфатов в подповерхностных океанах других спутников газовых гигантов – Европы и Ганимеда (спутники Юпитера), Мимаса и Дионы (спутники Сатурна). Это предположение можно будет проверить благодаря будущим космическим миссиям.
К системе Юпитера уже направляются зонды ESA JUICE и NASA Europa Clipper, которые достигнут цели в 2031 и 2030 годах соответственно. Основными объектами исследования JUICE станут три крупнейших спутника газового гиганта: Ганимед, Европа и Каллисто. А вот Europa Clipper сосредоточит все внимание на Европе. Обе миссии соберут данные о поверхности этих ледяных миров, их внутренней структуре и активности, что поможет лучше понять условия в их подповерхностных океанах и оценить их потенциальную обитаемость.
Обнаружение высоких концентраций фосфатов в океане Энцелада – важный шаг в понимании распространенности условий, необходимых для возникновения жизни. Если подобные концентрации характерны для подледных океанов других спутников, это может указывать на более широкое распространение базовых компонентов жизни в Солнечной системе, чем предполагалось ранее.
