Каков наилучший способ поиска жизни за пределами Земли? Мы могли бы обнаружить биосигналы на экзопланетах, но в лучшем случае мы бы предположили о возможном существовании какого-либо вида жизни, но не смогли бы исследовать его напрямую. Поэтому самые интригующие вопросы о внеземной жизни останутся без ответа. Если мы обнаружим жизнь в нашей собственной Солнечной системе, то есть возможность получить образцы этой жизни в недалеком будущем. Марс, каким бы враждебным он ни был, находится ближе всего к Земле в Солнечной системе, поэтому мы уделили ему много внимания.
Однако в последние несколько десятилетий внимание привлекла другая возможность – развитие жизни в подземных океанах ледяных миров, в первую очередь на спутниках Юпитера Европе и Сатурна Энцеладе. В 2024 году НАСА отправит на Юпитер миссию Europa Clipper. Аппарат выйдет на орбиту вокруг Юпитера, предназначенную для многократного сближения с Европой. Он оснащен множеством приборов для изучения ледяной Луны – масс-спектрометром для изучения состава поверхностного льда, магнитометром, радаром для исследования структур под поверхностью и многими другими. Зонд прибудет к Юпитеру примерно в 2030 году, поэтому до тех пор ученые будут заняты попытками узнать как можно больше о Европе, чтобы максимально эффективно использовать миссию Clipper.
Хотя миссия не направлена на непосредственное обнаружение жизни на Европе, она призвана ответить на очень конкретные вопросы о вероятности существования жизни. Как могла жизнь развиться и выжить в замороженном мире, удаленном от Солнца (интенсивность солнечного света составляет всего 4% от земной)? Под ледяным панцирем Европы находится соленая вода, смешанная с минералами, которая частично замерзла, но в то же время достаточно жидкая для конвекции. Под соляным панцирем находится большой жидкий океан, объем которого более чем в два раза превышает объем океанов Земли. Европа не замерзла полностью (как это могло бы быть, учитывая ее размеры и расстояние от Солнца) из-за приливных сил, исходящих от ее массивного родителя, Юпитера. Эти приливные силы изменяют форму Европы, вызывая трение, которое нагревает планету. Ученые предсказывают, что на морском дне под поверхностью океанов находятся вулканы.
Если у вас есть тепло, жидкая вода и много минералов, которые питаются активными вулканами, то у вас есть все необходимое для жизни. На Земле есть организмы, занимающиеся хемосинтезом, которые живут вблизи источников на дне океана, питаясь богатыми минералами. Эти бактерии подвергаются химической реакции (хемосинтезу): углекислый газ + сероводород + сахар с образованием кислорода + сера + вода. Затем они используют сахар для получения энергии. Так что, возможно, на Европе происходит хемосинтез. Но, возможно, вы заметили, в чем проблема – в потребности в кислороде. На Земле океаны богаты кислородом благодаря фотосинтезу, при котором солнечный свет используется для превращения углекислого газа и воды в сахар и кислород. Подо льдом Европы не должно происходить фотосинтеза, а значит, не должно быть кислорода, а значит, и жизни. Эксперты считают, что без солнечного света или кислорода Европа может стать стерильной, несмотря на благоприятные условия.
Но надежда на существование жизни на Европе все же есть. Ранее в этом году биологи обнаружили на Земле организмы, которые вырабатывают кислород без солнечного света. Nitosopumilus maritimus, который является археей (еще одним типом одноклеточных организмов, похожих на бактерии), способен вырабатывать собственный кислород в темноте океанских глубин, а затем использовать кислород для окисления аммиака, чтобы обеспечить себя азотом. Они производят не так много кислорода, но немного больше, чем им нужно, что позволяет использовать его в окружающей среде.
Это открытие открывает возможность создания совершенно новых химических циклов на Европе – жизни с использованием химии, которая просто отличается от того, что мы имеем на Земле. По сути, у нас на Земле есть крошечное окошко в “темную жизнь” – жизнь без солнечного света. Проблема с экстраполяцией жизни на Земле заключается в том, что организмы, живущие при солнечном свете, могут питать тех, у кого его нет. На Европе нам нужен жизненный цикл, при котором в экосистеме нигде не будет солнечного света.
Недавно ученые опубликовали результаты моделирования Европы, которые раскрывают еще одну интригующую возможность – кислород с поверхности Европы может проникать в океанские глубины. Процесс начинается с того, что заряженные частицы радиации бомбардируют поверхность Европы, расщепляя водяной лед на водород и кислород. Водород очень легкий и улетучивается. Кислород, однако, в основном остается на поверхности Европы, а часть растворяется в разреженной атмосфере. Этот поверхностный кислород растворяется в поверхностном льду Европы, образуя крошечные пузырьки кислорода. Моделирование включает в себя судьбу этих крошечных пузырьков, могут ли они опуститься в океан?
В регионах Европы, называемых “регионами хаоса” из-за сложных особенностей поверхности, ледяная оболочка самая тонкая. Толщина льда на поверхности Европы составляет 15-25 км, но в районах хаоса, которые покрывают 25% поверхности Луны, толщина льда может составлять всего 3 км. Более теплая соленая вода, возможно, поднимается в этих регионах, истончая лед и время от времени прорываясь на поверхность. Моделирование показывает, что в этих областях могут возникать волны пористости (представьте себе человеческую волну на стадионе, но с пористыми участками льда), и эти волны пористости могут перемещать пузырьки кислорода вниз по соленому замороженному льду вплоть до океанских глубин. Этот процесс занял бы тысячи лет, но, начавшись, он обеспечил бы постоянный приток кислорода с поверхности в океан в значительных количествах, достаточных для поддержания жизни в экосистеме.
Это захватывающая возможность, которая, если это правда, решит проблему “темной жизни” на Европе. Вот тут-то и вступает в действие миссия Clipper. Вооружившись этой новой гипотезой, приборы Clipper смогут исследовать вероятность этого процесса. Он сможет измерять концентрацию кислорода на поверхности Европы, а радар сможет отображать то, что происходит под поверхностью. Clipper разработан с учетом вопроса о жизни на Европе, хотя он способен исследовать только косвенные вопросы. Приборы предназначены не для непосредственного обнаружения жизни, а для того, чтобы отвечать на научные вопросы, которые позволят определить, насколько правдоподобна возможность существования жизни, и исследования, подобные этому, неоценимы для исследований, которые будет проводить Clipper.
Хотя мы пока не знаем, как может выглядеть жизненный цикл на Европе и, возможно, действительно существует, в огромном океане Европы есть разумные возможности для жизни. Как сказал доктор Малком, “Жизнь, э-э… находит выход”. Если в океанах Европы есть энергия и сырье, жизнь, скорее всего, найдет выход.
