Ледяная луна Сатурна может содержать строительные блоки жизни
Поскольку астрофизические технологии и исследования продолжают развиваться, остается один вопрос: есть ли жизнь где-нибудь еще во Вселенной? Одна только галактика Млечный Путь насчитывает сотни миллиардов небесных тел, но в своих постоянных поисках ученые часто ищут три важнейших элемента: воду, энергию и органический материал. Имеющиеся данные указывают на то, что ледяной спутник Сатурна Энцелад представляет собой «океанический мир», который содержит все три, что делает его главной целью в поисках жизни.
Во время своей 20-летней миссии космический корабль НАСА «Кассини» обнаружил, что ледяные шлейфы извергаются с поверхности Энцелада со скоростью примерно 400 м/с. Эти шлейфы предоставляют прекрасную возможность собрать образцы и изучить состав океанов Энцелада и их потенциальную обитаемость. Однако до сих пор не было известно, приведет ли скорость шлейфов к фрагментации каких-либо органических соединений, содержащихся в ледяных зернах, что приведет к ухудшению качества образцов.
Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего представили недвусмысленные лабораторные доказательства того, что аминокислоты, транспортируемые в этих ледяных шлейфах, могут выдерживать удары со скоростью до 4,2 км/с, что подтверждает их обнаружение во время отбора проб с помощью космического корабля. Их выводы опубликованы в The Proceedings of the National Academy of Sciences.
Начиная с 2012 года заслуженный профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего Роберт Континетти и его коллеги изготовили по индивидуальному заказу уникальный спектрометр аэрозольного удара, предназначенный для изучения динамики столкновений отдельных аэрозолей и частиц на высоких скоростях. Несмотря на то, что эта машина не была создана специально для изучения воздействия ледяных зерен, она оказалась именно подходящей для этой цели.
«Этот аппарат — единственный в мире, который может выбирать отдельные частицы и ускорять или замедлять их до выбранных конечных скоростей», — заявил Континетти. «Диаметром от нескольких микрон до сотен нанометров в различных материалах мы можем исследовать поведение частиц, например, как они рассеиваются или как их структура меняется при ударе».
В 2024 году НАСА запустит Europa Clipper, который отправится к Юпитеру. Европа, одна из крупнейших лун Юпитера, представляет собой еще один океанический мир и имеет такой же ледяной состав, как и Энцелад. Есть надежда, что Clipper или любые будущие зонды Сатурна смогут идентифицировать конкретную серию молекул в ледяных зернах, что может указать на то, существует ли жизнь в подземных океанах этих лун, но молекулам необходимо пережить их быстрое изгнание с Луны и сбор зондом.
Хотя были проведены исследования структуры определенных молекул в частицах льда, команда Континетти первой измерила, что происходит, когда одна ледяная крупинка сталкивается с поверхностью.
Для проведения эксперимента ледяные зерна были созданы с помощью ионизации электрораспылением, при которой вода проталкивается через иглу, находящуюся под высоким напряжением, создавая заряд, который разбивает воду на все более мелкие капли. Затем капли вводили в вакуум, где они замерзали.
Команда измерила их массу и заряд, а затем использовала детекторы заряда изображения, чтобы наблюдать за зернами, когда они пролетали через спектрометр. Ключевым элементом эксперимента была установка микроканального пластинчатого ионного детектора, позволяющего точно рассчитать момент удара с точностью до наносекунды.
Результаты показали, что аминокислоты, часто называемые строительными блоками жизни, могут быть обнаружены с ограниченной фрагментацией до скорости удара 4,2 км/с.
«Чтобы получить представление о том, какая жизнь возможна в Солнечной системе, вам нужно знать, что в отобранных ледяных зернах не было большой молекулярной фрагментации, поэтому вы можете получить отпечаток того, что это такое, что делает это самостоятельная форма жизни», — сказал Континетти. «Наша работа показывает, что это возможно с ледяными шлейфами Энцелада».
Исследование Континетти также поднимает интересные вопросы для самой химии, в том числе, как соль влияет на обнаруживаемость определенных аминокисло . Считается, что на Энцеладе находятся огромные соленые океаны — больше, чем на Земле. Поскольку соль изменяет свойства воды как растворителя, а также растворимость различных молекул, это может означать, что некоторые молекулы группируются на поверхности ледяных зерен, что повышает вероятность их обнаружения.
«Последствия, которые это имеет для обнаружения жизни в других частях Солнечной системы без миссий на поверхность этих лун океанского мира, очень интересны, но наша работа выходит за рамки биосигнатур в ледяных зернах», — заявил Континетти. «Это также имеет значение для фундаментальной химии. Нас воодушевляет перспектива пойти по стопам Гарольда Юри и Стэнли Миллера, основателей факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего, в изучении формирования строительных блоков жизни в результате активированных химических реакций. ударом ледяного зерна».