Буквально на днях новостные ленты облетела едва ли не сенсация — на Венере обнаружили газ фосфин, который может указывать на присутствие живых организмов! У человека, далекого от астробиологии, эта новость может вызвать недоумение, ведь на первый взгляд Венера не кажется перспективным кандидатом на роль обитаемой планеты. Температура поверхности, приближающаяся к 500 градусам, давление, в 90 раз превосходящее земное, и почти полное отсутствие воды делают жизнь, сколь-нибудь похожую на земную, невозможной. Однако представления ученых о венерианской жизни давно напоминают качели: Венеру называли то миром, способным поддерживать глобальную биосферу, то сущим адом. То же самое происходило и с Марсом, только Венера двигалась по этому пути медленнее: исследовать ее было гораздо сложнее.

Венера в ультрафиолетовом диапазоне. Снимок АМС Akatsuki, цвета условные. Источник: PLANET-C Project Team/JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic

Не исключено, что недавнее открытие — лишь верхушка айсберга, а впереди — самая неординарная в истории миссия по поиску внеземной жизни.

От рая до ада за 10 лет

Одним из важнейших методических принципов в астрономии является Принцип Коперника. Наиболее полно его можно сформулировать следующим образом: Земля — рядовая, ничем не выделяющаяся планета Солнечной системы, Солнце — типичная звезда Млечного Пути и т. д. Сейчас мы представляем, насколько в действительности сложны и индивидуальны небесные тела, но до развития современной астрономии и космонавтики приложение Принципа к интерпретации наблюдений было достаточно последовательным. Рабочей, «нулевой» гипотезой астрономов XVIII–XIX вв. было то, что жизнь и, скорее всего, разум есть на всех планетах Солнечной системы. Уникальность Венеры заключается в том, что ее восприятие как истинно земплеподобного мира продержалось дольше всех прочих планет. Как известно, наша соседка покрыта сплошным облачным слоем, мешающим увидеть поверхность, а значит — и опровергнуть нулевую гипотезу о наличии жизни.

Так продолжалось, пока в 1956 году не начались первые наблюдения собственного радиоизлучения Венеры. С планеты приходило излучение, свидетельствующее о высокой температуре. Но откуда именно? Началась недолгая, но острая борьба оптимистов, полагавших его источником ионосферу, и пессимистов, считавших раскаленной поверхность. Последняя гипотеза была наиболее проработана известным американским астрономом Карлом Саганом, положившим в основу своей теории атмосферу, состоящую почти целиком из углекислого газа с минимальной примесью воды и подверженную сверхпарниковому эффекту. Но начальный оптимизм не сдавался. Целиком надежды обрушились лишь после первого успешного полета АМС к Утренней Звезде — ей оказалась «Венера-4» в 1967 году.

Казалось бы, вопрос с венерианской жизнью был закрыт. Уже в наше время советско-российский планетолог Л.В. Ксанфомалити, один из архитекторов миссий серии «Венера», заново просмотрел панорамы поверхности, снятые станциями «Венера-9, −10, −13, −14». На них он увидел объекты, по его мнению, похожие на растения и животные, некоторые из них якобы даже перемещались по местности. Международное сообщество астробиологов весьма прохладно отнеслось к «оживлению» деталей изображений, что было ожидаемо — в случае с Марсом чисто морфологический подход подводил слишком много раз, а уж в эпоху марсоходов всевозможных «ящериц» и «насекомых» на марсианских снимках не находил только ленивый. Увы (и это искреннее «увы!»), все они оказывались либо геологией, либо парейдолией.

А что, так можно было?

Возможный жизненный цикл венерианского «облачного планктона»: 1 — покоящиеся споры в слое дымки под облаками. Часть спор падает ниже и погибает. 2 — большая часть спор поднимается вверх при прохождении атмосферных волн. 3 — в облачном слое споры служат ядрами конденсации раствора воды в серной кислоте, вокруг них быстро образуются капли. 4 — в каплях споры забирают воду из раствора, оживают, набухают и начинают питаться и метаболировать. Часть микроорганизмов поднимается конвекцией еще выше, где погибает от слишком жесткого УФ-излучения. 5 — капли сливаются, увеличиваются и начинают падать вниз. По мере падения температура жидкости растет, что запускает процесс размножения, а дальше — превращения в споры. Цикл замыкается. Источник: Sara Seager et al., 2020

И уже в 1967 году первую статью на эту тему написали Карл Саган и Гарольд Моровитц. Но как показали последующие полеты АМС, сами облака состоят из серной кислоты, а тут и «марсианская лихорадка» началась, поэтому к возможности жизни в облачном слое теоретики в дальнейшем возвращались редко. Ситуация изменилась лишь в последние годы.

Толчком послужил так и не объясненный характер поглощения ультрафиолетовых лучей венерианскими облаками. Со времен первых ультрафиолетовых снимков астрономы подмечали чрезвычайно контрастный облик Венеры в этом участке спектра и, что самое главное, очень быструю переменчивость картинки. Участки облаков будто бы «включаются» и «выключаются» в течение каких-то минут. Предлагаемые химиками возможные молекулы-поглотители либо нестабильны в присутствии серной кислоты, либо есть трудности с их синтезом/транспортом с поверхности, либо и то, и другое вместе. А вот фотосинтезирующие организмы, использующие энергию ультрафиолетового излучения, выглядят логичным кандидатом на роль этой таинственной субстанции, которая, шутка ли, поглощает более половины всего УФ-излучения, падающего на планету! Авторы одной из главных теоретических статей на тему, коллектив астрономов из США, Индии и Польши, так охарактеризовали ультрафиолетовый спектр Венеры: «наблюдаемые [в облаках] контрасты на 270, 283, 365, 410 и 430 нм… дразняще сходны с характеристиками поглощения земных биологических молекул… [Так, бактерия] Acidithiobacillus ferroxidans имеет УФ спектр, крайне похожий на спектр Венеры».

Хорошо, допустим, но это атмосфера. Переменчивость облаков воспета многими поэтами. Как же можно оставаться всё время в воздухе и при этом питаться и размножаться? Мы же не про гелиевые шарики говорим! Впрочем, жизнь есть и в земной атмосфере, но она мало подходит на роль аналога венерианской. Причина — в обитаемой поверхности и вечно прерывистом характере нашего облачного покрова. Довольно разнообразная микрофлора земных облаков использует последние только лишь как эффективное средство распространения от одной подходящей для обитания точки поверхности до другой. И хотя даже наши атмосферные микроорганизмы демонстрируют ряд любопытных адаптаций к питанию в облаках и играют определенную, порой заметную, роль в атмосферных процессах, пока что никому не удалось зафиксировать, хотя бы и по косвенным признакам, их деление в облачных каплях.

И вот тут на научную сцену вышла большая международная команда, сейчас купающаяся в лучах внимания СМИ. За еще не прошедший год эта команда, руководимая Кларой Суза-Сильва из MIT, опубликовала уже три статьи по астробиологии Венеры, в одной из которых подробно рассмотрела возможный жизненный цикл венерианских микробов. Ученые придумали механизм, который позволил бы жизни удержаться в «умеренном» слое атмосферы, не изжариваясь в горячих приповерхностных слоях и не испепеляясь жестким ультрафиолетом выше облачного покрова.

Механизм следующий. Непосредственно ниже облачного слоя находится слой дымки. Он очень стабильный, не испытывает конвекции, и частицы определенного размера могут находится там порядка 100 лет и больше. В крупной облачной капле, по мере ее падения вниз, растут температура и давление. Это побуждает обитателя капли запустить процесс образования эндоспоры — покоящейся, не метаболирующей стадии. Известно, что эндоспоры земных прокариот (бактерий и архей) способны оставаться жизнеспособными какие-то фантастически большие сроки, порядка миллионов и даже сотен миллионов лет, переживая засуху, мороз, жару, агрессивное химическое воздействие и т. д.

Падающая капля высыхает, оставляя микроба, превратившегося в эндоспору и теперь имеющего ровно такой размер, который позволит не падать дальше и остаться в слое дымки. Там нет воды и еды, а температура слишком высока, но полноценно жить там и не нужно. Слой дымки, как полагают астрономы, может служить своеобразным «банком» эндоспор. Самый трудный момент связан с возвратом эндоспор к «нормальной жизни». Поскольку конвекция в самом слое дымки отсутствует, это возможно лишь с помощью гравитационных волн (не тех, что от черных дыр, а волн в атмосфере от конвекции в выше- и нижележащих слоях). Хотя эти волны не переносят вещество, они локально сжимают слой, выталкивая его частицы наверх, обратно в облака. Ученые рассчитали, что на условном квадратном километре это должно происходить как минимум раз в год. Что касается активного периода жизни в облаках, он также велик. Облачный слой Венеры сплошной, клетки никогда не испытывают недостатка в местообитании. Облачная капля постепенно растет, начиная падать вниз, но процесс этот достаточно медленный для того, чтобы клетка отъелась и размножилась.

Так что с фосфином?

Линии поглощения фосфина в спектре Венеры, полученные телескопами Джеймса Кларка Максвелла и ALMA, на фоне изображения Венеры, снятым ALMA. Источник: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (East Asian Observatory)

Исходно группа Суза-Сильвы предложила фосфин как удобный биомаркер, способный указать на обитаемые экзопланеты. Это газ, формула которого аналогична аммиаку, но вместо азота фосфор: PH3. В естественных условиях на Земле фосфин в следовых количествах выбрасывается вулканами, но в основном он ассоциирован с лишенными кислорода экосистемами. Таковые довольно разнообразны — кучи птичьего помета, пищеварительный тракт позвоночных, болота, свалки и т. п. Любопытно, что, несмотря на явную связь фосфина с жизнью и его повсеместность в земной тропосфере, до сих пор не известны ни конкретные организмы, выделяющие его, ни реакции, продуктом которых он является.

Как признается член команды Сара Сигер, коллаборация нацелилась на Венеру только из чистого любопытства, для проверки, какой верхний предел содержания фосфина они смогут установить, пользуясь своей методикой, но не ожидая обнаружить газ на самом деле. Однако первые же наблюдения на субмиллиметровом телескопе Джеймса Кларка Максвелла на Гаваях в 2017 году неожиданно дали четкую спектральную линию поглощения фосфина. Не веря, группа попросила предоставить им время на огромном миллиметровом массиве телескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама. В 2019 году линия подтвердилась с большей надежностью.

Теоретически, в атмосфере Венеры фосфин должен очень быстро окисляться серной кислотой, не накапливаясь. Как обычно бывает в таких случаях, сейчас началась ожесточенная борьба за результат. Скептицизм — неотъемлемая часть науки. Но важно понимать, что группа Суза-Сильвы подошла к публикации очень ответственно. Сразу после подтверждения линии фосфина на втором телескопе они начали работу в двух направлениях. Во-первых, пристально искали источник возможных ошибок в самих данных (а вдруг это вода в земной атмосфере?). Во-вторых, пытались придумать все возможные пути абиотического синтеза фосфина в условиях Венеры (вулканы, молнии, фотохимия). В подробной статье с говорящим названием «Фосфин на Венере не может быть объяснен обычными процессами» авторы открытия рассмотрели и отбросили все эти варианты, как не дающие нужного количества газа. Критики находятся на оба момента. Определение вещества по одной-единственной обнаруженной линии, как ни крути, нельзя признать абсолютно надежным. История изучения Венеры, кстати говоря, полна примеров, когда спектроскописты находили что-то, чего в действительности не было. Но даже если это фосфин, геология Венеры не настолько понятна, а взаимодействие поверхности, атмосферы и солнечного света не настолько глубоко смоделировано, чтобы исключить какой-то неочевидный, но очень эффективный путь синтеза пресловутого газа, не имеющий никакого отношения к биологии. Как бы то ни было, в текущий венерианский нарратив это открытие вошло прочно и, несомненно, именно оно будет ответственно за возрастание интереса к изучению Утренней Звезды с точки зрения астробиологии. Плоды этого интереса могут ждать нас куда скорее, чем мы думаем.

Извилистые тропы астробиологии

Ландшафт науки, занимающейся поиском жизни за пределами Земли, очень многогранен, здесь нет места черно-белым оттенкам. Возможно, что никакого фосфина на Венере нет. Но помимо него у нас остаются необъяснимо переменчивое поглощение ультрафиолета, ряд других газов, не находящихся в динамическом равновесии, рабочая теория жизни в облаках — и мы поймем, что ситуация сложилась весьма серьезная. Понимают это и деятели космонавтики, обрадовавшие нас целым потоком связанных с Венерой анонсов.

Питер Бек на фоне своего детища, ракеты Electron. Источник: Rocket Lab

Rocket Lab известна своей летающей с 2017 года легкой ракетой Electron, которую недавно улучшили до способности выводить 300 кг на НОО. Сам аппарат будет очень миниатюрным, с научной нагрузкой всего в 3 кг, которая пока что не разглашается. Это будет первая в истории межпланетная научная миссия, задуманная и реализованная коммерческой компанией. Спустя всего сутки после публикации открытия фосфина о предоставлении финансирования дальнейшей научной работы объявил фонд Юрия Мильнера Breakthrough Initiatives. И Rocket Lab, и фонд Мильнера непосредственно сотрудничают с группой первооткрывателей фосфина на Венере. Добавим к этому несколько будущих миссий государственных космических агентств США, Индии и России, запуск которых ожидается в 20-х. Наконец, внепланово изучать Венеру будет европейско-японский аппарат BepiColombo, который, вообще-то, летит к Меркурию, но будет дважды пролетать мимо Венеры, в этом году и в следующем. Интересное ожидается время!

Астробиология делает, порой, очень необычные исторические петли. Вряд ли кто-нибудь еще несколько лет назад мог предсказать, что возможностью жизни на Венере внезапно плотно займутся теоретики, почти сразу же в атмосфере планеты найдут биомаркер, да еще буквально «из ниоткуда» выплывет частная (!) астробиологическая миссия. И хотя венерианский «облачный планктон» по-прежнему очень экзотичен, а потому маловероятен, земная биология всё время нас чем-то удивляет. Ну, а чем Утренняя Звезда хуже?

С Марсом ничего не вышло — но может быть на Венере кого-нибудь найдем, как вы думаете?

Источник

4 самых перспективных мира в Солнечной системе для поиска внеземной жизни

Венера все же не входит в этот список.

Биосфера Земли содержит все известные ингредиенты, необходимые для образования и поддерживания жизни (какой мы ее знаем). Но недавнее открытие возможно биогенного фосфина в облаках Венеры напоминает нам, что по крайней мере некоторые из этих ингредиентов существуют и в других уголках Солнечной системы. Есть по крайней мере четыре перспективных космических тела, где тщательный поиск внеземной жизни может в итоге принести результат.

Марс

Wikimedia CommonsМарс

Красная планета представляет собой один из самых похожих на Землю миров Солнечной системы. День на Марсе длится 24,5 часа, полярные ледяные шапки разрастаются и сжимаются в зависимости от времени года, а значительная масса поверхностей планеты когда-то была погребена под водой. 

Обнаружение озера под южной полярной ледяной шапкой Марса и метана в марсианской атмосфере (которая меняется в зависимости от сезона и даже времени суток) делает Марс очень интересным кандидатом для поиска жизни. 

Метан может быть произведен биологическими процессами, однако настоящий источник этого газа на Марсе пока не известен. Ученые уверены, что когда-то на планете была гораздо более благоприятная среда, однако сегодня Марс имеет очень тонкую сухую атмосферу, почти полностью состоящую из углекислого газа. 

Она обеспечивает очень слабую защиту от солнечного и космического излучения. Однако не исключено, что Марсу удалось сохранить некоторые запасы жидкой воды под поверхностью, и в этом случае жизнь на планете все еще может существовать. 

Европа

Wikimedia CommonsЕвропа

Этот спутник Юпитера был открыт Галилео Галилеем в 1610 году вместе с тремя другими более крупными лунами. Европа немного меньше нашей Луны и делает оборот вокруг газового гиганта на расстоянии 670 000 км каждые 84 часа.  

Европа постоянно сжимается и растягивается гравитационными полями Юпитера и других галилеевых спутников. Этот процесс известен как приливное изгибание. Считается, что эта луна является геологически активным миром, как и Земля, потому что сильные приливные изгибы нагревают внутреннюю часть спутника. 

Внешние слои Европы (толщиной предположительно 100 км) состоят из воды — частью в виде ледяной коры толщиной 10-30 км, а частью, как полагают, — в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, предположительно, находится небольшое металлическое ядро. 

К доказательствам существования подповерхностного океана можно отнести гейзеры, прорывающиеся через трещины во льду, слабое магнитное поле и хаотический рельеф на поверхности, который мог быть деформирован океанскими течениями, кружащимися под ним. Этот ледяной щит изолирует подземный океан от экстремального холода и космического вакуума, а также от свирепых радиационных поясов Юпитера.

На дне этого океанического мира мы можем найти гидротермальные источники и вулканы. На Земле такие объекты часто поддерживают очень богатые и разнообразные экосистемы.

Энцелад

Как и Европа, Энцелад — это покрытый льдом спутник с подповерхностным океаном жидкой воды. Энцелад вращается вокруг Сатурна и впервые привлек внимание ученых как потенциально обитаемый мир после неожиданного открытия огромных гейзеров возле южного полюса.

Эти струи воды выходят из больших трещин на поверхности и, учитывая слабое гравитационное поле Энцелада, разбрызгиваются в космос. Это явное свидетельство наличия подземного хранилища жидкой воды.

В этих гейзерах была обнаружена не только вода, но и множество органических молекул и, что особенно важно, крошечные крупинки твердых силикатных частиц, которые могут присутствовать только в том случае, если подповерхностная вода океана находится в физическом контакте со скалистым дном при температуре не менее 90 ˚C.

Это очень убедительное доказательство существования гидротермальных жерл на дне океана, обеспечивающих химический состав, необходимый для образования жизни, и локализованные источники энергии.

Титан

Wikimedia CommonsТитан

Титан — самый большой спутник Сатурна и единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой. Исследования, проведенные зондом «Гюйгенс», показали, что в атмосфере Титана периодически возникают дожди жидкого метана и других органических веществ.

Атмосфера Титана состоит в основном из азота, важного химического элемента, используемого для построения белков во всех известных формах жизни. Радиолокационные наблюдения выявили наличие рек и озер жидкого метана и этана и, возможно, присутствие криовулканов — вулканоподобных образований, извергающих жидкую воду, а не лаву. Это говорит о том, что Титан, как Европа и Энцелад, имеет запас жидкой воды под поверхностью.

На таком огромном расстоянии от Солнца температура поверхности Титана составляет -180 ˚C — это слишком холодно для жидкой воды. Однако изобилие химических веществ, доступных на Титане, породило предположения о том, что там могут существовать формы жизни с фундаментально отличным химическим составом от земных организмов.

Источник