Десятилетиями учёные считали, что под ледяной поверхностью Европы, спутника Юпитера, может быть жизнь. За это время появилось несколько различных свидетельств в пользу того, что этот спутник не одинок. И действительно, в Солнечной системе существует множество «океанических миров», потенциально способных поддерживать жизнь: Церера, Ганимед, Энцелад, Титан, Диона, Тритон, и даже, вероятно, Плутон.

Но что, если на этих мирах не хватает элементов, необходимых для такой жизни, какую мы знаем? В новом исследовании двое учёных из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) решили определить, может ли у океанских миров оказаться дефицит необходимых для жизни элементов. Их выводы могут серьёзно повлиять на теории о существовании жизни в Солнечной системе и за её пределами, не говоря уже о наших способностях изучать жизнь.

Исследование, недавно появившееся в интернете, озаглавлено «Подавлено ли развитие внеземной жизни на мирах с подповерхностными океанами из-за нехватки необходимых для жизни элементов?» Им руководил Манасви Лингам, постдок из Института теорий и вычислений (ITC) Гарвардского университета и CfA при поддержке Абрахама Лоуба – директора ITC, и Фрэнка Бэйрда, младшего профессора наук в Гарварде.


Художественное изображение водной экзопланеты, находящейся у удалённого от нас красного карлика

В предыдущих исследованиях вопросы обитаемости лун и других планет концентрировались вокруг наличия воды. Так было и при изучении планет и спутников внутри Солнечной системы, и так есть при изучении планет, находящихся вне её. Находя новые экзопланеты, астрономы тщательно изучают вопрос того, находится ли эта планета в рамках обитаемой зоны своей звезды.

Это – главный признак того, может ли планета иметь у себя на поверхности жидкую воду. Кроме того, астрономы пытаются получить спектроскопические данные об окружении каменистых экзопланет, чтобы определить, теряет ли планета воду из атмосферы – об этом может говорить наличие молекулярного водорода. Тем временем другие исследования пытаются определить наличие источников энергии, поскольку они также критически важны для существования известных нам форм жизни.

В отличие от них, доктор Лингам и профессор Лоуб рассмотрели вопрос того, каким образом жизнь на океанических планетах может зависеть от доступности ограничивающих питательных веществ (ОПВ) [limiting nutrients]. Какое-то время шли жаркие споры по поводу того, какие именно питательные вещества необходимы для внеземной жизни, поскольку наличие таких веществ может меняться от места к месту и с течением времени. Как написал нам Лингам по электронной почте:

В наиболее общепринятый список элементов, необходимых для жизни известного нам типа, входят водород, кислород, углерод, азот и сера. Кроме того, небольшое количество определённых металлов (например, железа и молибдена) тоже может оказаться ценным для жизни, однако список таких металлов более неопределённый и варьирующийся.


Художественное изображение внутренней части разреза коры Энцелада, показывающий, как гидротермальная активность может приводить к появлению водяных гейзеров на поверхности спутника.

Для исследования Лингам и Лоуб создали модель на основе земных океанов, чтобы определить, может ли процесс появления и исчезновения в океанах ОПВ быть похожим на аналогичные процессы, происходящие на других мирах. На Земле источниками ОПВ служат реки, атмосфера и ледники, а энергию обеспечивает солнечный свет.

Они посчитали, что из всех перечисленных веществ самым важным будет фосфор, и оценили, сколько его и других элементов могут содержать океанические миры с разными исходными условиями. Как пояснил Лингам, логично предположить, что на таких мирах потенциальное существование жизни также будет определяться наличием баланса между притоком и оттоком ОПВ.

«Если оттоки гораздо сильнее притоков, это может говорить о том, что нужные элементы исчезнут относительно быстро. Чтобы оценить мощность притоков и оттоков, мы использовали знания о Земле, совместив их с основными параметрами океанических миров, такими, как pH океана, размер мира и прочее – со всем, что известно из наблюдений и теоретических моделей».

И хотя атмосферные источники для подповерхностных океанов недоступны, Лингам и Лоуб учитывали вклад гидротермальных источников. Свидетельства их существования получены уже для Европы, Энцелада и других океанических миров. Также они рассматривали небиологические источники – такие, как минералы, вымываемые из камней дождями на Земле, или, в случае спутников – океанскими водами.


Художественное изображение возможной геотермальной активности, которая способна идти на дне моря на Энцеладе

Они обнаружили, что на океанических мирах Солнечной системы с большой вероятностью может не хватать ОПВ, по контрасту с водой и энергией.

Мы обнаружили, что запасы фосфора, одного из наиболее важных для жизни элементов по предположениям нашей модели, довольно быстро (по геологическим меркам) исчезают на океанических мирах, имеющих нейтральные или щелочные океаны с гидротермической активностью. Следовательно, из нашей работы следует, что жизнь на таких мирах может существовать в небольших концентрациях (или на небольших временных промежутках), и, следовательно, её довольно трудно будет обнаружить.

Такой вывод, естественно, влияет на миссии, предназначенные для изучения Европы и других спутников во внешней Солнечной системе. Сюда входит и миссия НАСА Europa Clipper, которая должна стартовать в промежутке от 2022 до 2025 года. Зонд должен несколько раз пролететь поблизости от поверхности Европы и попытаться обнаружить биомаркеры в струях гейзеров, поднимающихся с поверхности спутника.

Сходную миссию предлагают направить и к Энцеладу, кроме того, НАСА рассматривает возможность миссии "Дрэгонфлай" для изучения атмосферы, поверхности и метановых озёр Титана. Однако, если исследование Лингама и Лоуба окажется верным, то шансы у этих миссий найти признаки жизни в океанических мирах Солнечной системы будут довольно скудными. Тем не менее, как отметил Лингам, они всё равно верят в необходимость проведения подобных миссий.


Художественное изображение космического аппарата миссии Europa Clipper.

«Хотя наша модель предсказывает, что будущие космические миссии к этим мирам имеют мало шансов успешно обнаружить внеземную жизнь, мы считаем, что их всё равно стоит проводить, — сказал он. – Они дадут прекрасную возможность проверить и подтвердить или опровергнуть ключевые предсказания нашей модели, и собрать больше данных, чтобы улучшить наше понимание океанических миров и их биогеохимических циклов».

Кроме того, как написал Лоуб, это исследование было сконцентрировано на жизни известного нам рода. Если миссии к этим мирам смогут найти источники внеземной жизни, это будет означать, что жизнь может появиться на базе условий и элементов, нам незнакомых. В связи с этим исследование Европы и других океанических миров не только желательны, но и необходимы.

«Наша работа демонстрирует, что такой важный компонент известного нам типа жизни, как фосфор, быстро истощается в подповерхностных океанах, — сказал он. – В результате этого в океанах, которые, как считается, могут существовать под поверхностным льдом Европы или Энцелада, жизни придется нелегко. Если будущие миссии подтвердят низкий уровень фосфора, но при этом обнаружат в этих океанах жизнь, тогда мы узнаем о новом химическом пути для жизни, отличном от земного».

В итоге учёным в поисках жизни во Вселенной приходится использовать подход наименьшего сопротивления. Пока мы не обнаружим жизнь за пределами Земли, все наши обоснованные предположения будут базироваться на такой жизни, что существует у нас на планете. Не могу даже представить лучшего предлога для того, чтобы выбраться отсюда и изучить Вселенную!