Полученные станцией Cassini данные, как полагают американские ученые, указывают на то, что в недрах Энцелада имеются благоприятные условия для зарождения и существования жизни. Сегодня спутник Сатурна считается одним из самых необычных небесных тел Солнечной системы. Его активное исследование началось в 2004 году: тогда станция Cassini вышла на орбиту газового гиганта. С тех пор Энцелад все больше удивлял ученых. Вероятно, именно его, а не Марс, следует считать главным кандидатом на внеземную жизнь.
Энцелад — шестой по размеру спутник Сатурна. Радиус — более 250 километров — примерно в 25, а масса — в 200 тысяч раз меньше, чем у Земли. Вокруг планеты обращается за 32,9 часа по вытянутой орбите, максимальное расстояние от Сатурна — 240 тысяч километров, минимальное — 180 тысяч (в два раза меньше, чем между Луной и Землей). Спутник находится в приливном захвате с газовым гигантом — Энцелад всегда повернут к Сатурну одной стороной.
Что необычного обнаружили ученые? Оказалось, что водяные струи, исходящие из недр Энцелада, содержат до 1,4 процента молекулярного водорода и до 0,8 процента углекислого газа. В изученном образце также выявили 96-99 частей (по объему) воды, 0,1-0,3 части метана и 0,4-1,3 части аммиака.
Специалисты подозревали, что в водяных выбросах Энцелада имеется молекулярный водород, однако убедились они в этом только сейчас. Необходимые пробы научный инструмент INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer) Cassini взял в октябре 2015 году во время одного из рекордно близких пролетов от Энцелада (примерно 49 километров от южного полюса).
Сравнение размеров Земли, Луны и Энцелада
Изображение: Public Domain / Wikimedia
Высокое содержание молекулярного водорода означает, что в недрах спутника Сатурна нарушено термодинамическое равновесие. Наиболее правдоподобное тому объяснение — гидротермальные источники в подповерхностном океане Энцелада, вблизи которых происходят реакции серпентизации, то есть взаимодействие горячих пород и воды, в результате чего выделяются углекислый газ и водород — именно эти соединения удалось напрямую детектировать Cassini.
Более того, молекулярный водород и углекислый газ критически важны для метаногенеза — биосинтеза метана микроорганизмами. На Земле подобные процессы поддерживают экосистемы анаэробных архей — примитивных микробов, получающих энергию без кислорода и света. Они обитают в глубинах океанов, болотах и кишечнике жвачных животных. Более 20 процентов метана на Земле — результат деятельности подобных организмов. Все имеющиеся об Энцеладе сведения пока указывают на то, что в недрах спутника Сатурна хорошие условия для жизни метаногенов-экстремофилов.
Для возникновения и существования жизни земного типа, как сообщает НАСА, требуется три главных компонента: жидкая вода, источник энергии для обмена веществ и ряд химических элементов (в первую очередь углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера). В ходе миссии Cassini стало достоверно известно, что недры Энцелада содержат все эти компоненты. Исключение составляют только фосфор и сера — эти элементы не обнаружила станция, однако ученые не сомневаются, что они присутствуют внутри спутника, поскольку каменное ядро Энцелада по химическому составу должно напоминать метеориты.
У Энцелада самые высокие из известных в Солнечной системе крупных небесных тел альбедо — примерно 80 процентов солнечного света отражается от его поверхности. Это приводит к тому, что средняя температура на спутнике не превышает минус 200 градусов по Цельсию — это одна из самых холодных лун Сатурна.
Поверхность Энцелада (в ложном цвете)
Изображение: NASA
На южном полюсе небесного тела, вплоть до широты 60 градусов, находятся четыре «тигровые полосы», разломы поверхности. В длину они достигают 150 километров, ширину — 2 километров, глубину — 0,5 километра. Возраст льда в них оценивается в тысячу лет, возраст самих разломов — около полумиллиона лет. Температура внутри «тигровых полос» поднимается до минус 90 градусов. И оттуда бьют сильнейшие на спутнике гейзеры — потоки водяного льда поднимаются на высоту до 250 километров. Именно в них станция Cassini и взяла пробы.
Поверхность небесного тела на юге моложе, чем на севере. Ученые объясняют это тектонической активностью спутника, обусловленной главным образом приливным разогревом его недр Сатурном и, вероятно, либрацией. Эксперты полагают, что под водяной мантией Энцелада скрывается силикатное ядро, разогретое до температуры более 700 градусов Цельсия, радиусом 180-185 километров. Толщина льда, под которым скрывается водяной океан, точно неизвестна. Неясно также, глобален ли этот океан, или ограничивается лишь областью южного полюса. Данные моделирования указывают, что, скорее всего, глобален.
Согласно последним оценкам, толщина ледяной коры в среднем — 18-22 километра, а вблизи южного полюса сокращается до пяти километров. Специалисты полагают, что в глубине «тигровых полос» есть незакрытые щели, по которым наружу поступает теплая соленая вода океана. Плотность этой воды — не менее 1030 килограммов на кубический метр. Площадь поверхности океана внутри спутника сопоставима, как показывают гравиметрические измерения Cassini, с озером Верхнее (80 тысяч квадратных километров), глубина — до 40 километров.
Сегодня ученые не могут заглянуть внутрь Энцелада, однако они в состоянии смоделировать условия в его недрах. В океанской воде спутника Сатурна примерно такое же содержание поваренной соли, как и в земном океане. Кроме того, в океане много соды и высокий уровень щелочности (показатель pH достигает 12). Высокая щелочность и высокая концентрация соды означают, что в океанских глубинах происходят, как уже отмечалось, реакции серпентизации.
На океан Энцелада похоже земное озеро Моно в Калифорнии. В этом водоеме много соли и соды, в нем не водится рыба. Однако живут необычные организмы, в частности бактерии GFAJ-1, терпимые к смертельным для других живых существ концентрациям мышьяка.
Ранее ученые пытались объяснить происхождение кремниевой пыли в окрестностях Сатурна. Планетологи проанализировали размеры и химический состав частиц, собранных Cassini при очередном сближении с Энцеладом. Их радиус строго фиксирован: от двух до восьми нанометров, то есть частицы не могли образоваться в результате столкновений астероидов на орбите Сатурна или с поверхностью Энцелада.
Специалисты предположили, что кремниевый песок возник в результате термальной активности в подледном океане Энцелада. В этом водоеме должны быть термальные источники, нагревающие воду до температуры плюс 90 градусов Цельсия. Именно при таком значении (в условиях спутника Сатурна) образуются частицы кремниевой пыли нужного размера.
Пока все указывает на то, что в недрах Энцелада возможны условия, пригодные для жизни. Однако остается еще очень много вопросов. Не вполне ясен механизм, как в недрах Энцелада поддерживается тепло. Возраст спутника оценивается в миллиарды лет, однако есть исследования, согласно которым Энцеладу, как и Дионе, другому спутнику газового гиганта, не более нескольких сотен миллионов лет. Аргумент — слишком жесткое ядро, при которой луны за миллиарды лет должны были бы удалиться на значительные от планеты расстояния. Если это так, значит, система Сатурна находится в процессе своего формирования, и жизнь на Энцеладе могла еще не возникнуть.
Если же в недрах Энцелада действительно есть жизнь, то мы имеем дело с уникальным для Солнечной системы примером панспермии — материя, вероятно, содержащая микробы, из недр спутника распространяется по кольцу Е вплоть до газового гиганта.
Действительно, Энцелад находится точно в центре кольца E Сатурна. Ширина кольца — 300 тысяч километров, от газового гиганта его внутренний край удален на 180 тысяч километров. Известно, что потоки от 36 наиболее крупных гейзеров, а также более слабых, расположенных на южном полюсе Энцелада, формируют «щупальца», которые наполняют материей кольцо Е. Считается, что их частицы со временем мигрируют в атмосферу планеты. В конечном итоге это обеспечивает транспорт воды с Энцелада на Сатурн.
На планете это приводит к образованию гигантского водяного облака и Большого белого пятна протяженностью свыше десяти тысяч километров — ураганам, наблюдаемым примерно раз в 60 лет в обоих полушариях Сатурна. Ученые полагают, что есть и обратная связь: приливное притяжение Сатурна влияет на гейзеры, меняя ширину ущелий, из которых извергается вода.
Северный и южный (с «тигровыми» полосами) полюса Энцелада
Изображение: NASA
Планетологи признаются, что располагают весьма ограниченным набором инструментов для поиска жизни на Энцеладе. Миссия Cassini завершится 15 сентября 2017 года затоплением станции в атмосфере Сатурна. Такой способ уничтожения аппарата позволит предотвратить возможное биологическое загрязнение наземными материалами Энцелада и Титана, где ученые также не исключают наличие примитивной жизни. Без Cassini исследовать Энцелад нечем.
В обозримые планы ведущих мировых космических агентств не входят миссии к Сатурну. Больше повезло Европе и Ганимеду, спутникам Юпитера, также располагающим подповерхностными океанами. Лететь к ним дешевле и быстрее. Конгресс США официально запустил работы по миссии к Европе. В актуальном варианте программа предусматривает несколько пролетов над небесным телом автоматической станции и спуск на поверхность зонда. Суммарный бюджет миссии оценивается в три миллиарда долларов, что больше современного годового бюджета «Роскосмоса». ЕС также планирует полет к ледяным лунам Юпитера, возможно, с участием России.
Обнаружение внеземных организмов позволит понять происхождение жизни. Если инопланетные организмы похожи на земные, значит, у них общее происхождение. Если нет — жизнь во Вселенной зарождалась из разных источников. НАСА обещает найти следы внеземной жизни до 2025 года. Наряду с отправкой человека на Луну и Марс агентство считает это одной из своих главных задач.