Учёные экспериментально воссоздали химические процессы в подлёдном океане Энцелада

В имитирующих подповерхностный океан условиях образовалось множество органических соединений, аналогичных тем, что были зафиксированы космическим аппаратом «Кассини».

Это исследование укрепляет предположение о том, что в подлёдных недрах Энцелада могут возникать предшествующие биологическим молекулам соединения.

Шестой по размеру спутник Сатурна давно привлекает внимание планетологов. По современным представлениям, под его толстой ледяной корой скрывается глобальный океан жидкой воды.

Наиболее убедительным свидетельством его существования служат мощные гейзеры - струи водяного пара и ледяных частиц, фонтанирующие из трещин в его ледяном панцире. Именно эти выбросы формируют кольцо E Сатурна - разрежённое кольцо из ледяной пыли вдоль орбиты Энцелада.

Межпланетная станция NASA - «Кассини», работавшая в системе Сатурна с 2004 по 2017 год, неоднократно пролетала сквозь эти выбросы. Её масс-спектрометр и ультрафиолетовый спектрограф обнаружили в составе этих струй разнообразные органические соединения - от углекислого газа и метана, до более сложных углеводородов.

На Земле подобные молекулы рассматриваются как основа для построения более сложных молекул, в том числе необходимых для жизни. Однако сам факт обнаружения органики поставил перед учёными сложный вопрос - сформировались ли они в подлёдном океане Энцелада или являются реликтовым материалом, унаследованным Энцеладом ещё со времён его образования из протопланетного облака.

Макс Крэддок из Токийского института (Япония), руководивший этим исследованием, отмечает, что более ранние лабораторные эксперименты в основном фокусировались на характерных для гидротермальных систем ранней Земли условиях и практически не учитывали уникальную среду Энцелада. Это порождало многие вопросы в интерпретации данных полученных с помощью «Кассини».

Учёные не понимали - как многократное циклическое замерзание и оттаивание содержимого подлёдного океана, вызванное приливным взаимодействием с Сатурном, влияет на органическую химию. Также оставалось непонятным - могли ли органические молекулы, найденные космическим аппаратом, послужить основой для синтеза более сложных соединений.

Чтобы восполнить этот пробел, международная группа учёных из Японии и Германии решила воспроизвести предполагаемые условия подлёдного океана Энцелада и посмотреть - какие соединения в них образуются.

Для этого были воссоздана смесь, основанная на идентифицированных «Кассини»: аммиаке и цианистом водороде. А затем эту смесь поместили в реактор высокого давления.

Под действием приливного взаимодействия с Сатурном Энцелад испытывает постоянные деформации, что приводит к выделению тепла в его недрах. Это тепло должно поддерживать гидротермальную активность на дне океана, где горячая вода взаимодействует с горными породами.

Учёные проводили в этом реакторе высокого давления циклы нагрева до температур, характерных для гидротермальных систем, и последующее криогенное замораживание, имитирующее охлаждение около ледяной коры подлёдных океанов.

Полученные ходе экспериментов образцы были проанализированы с помощью лазерного масс-спектрометра, метод работы которого максимально приближен к принципу действия инструмента Cosmic Dust Analyzer на борту «Кассини», что позволило провести прямое сравнение лабораторных результатов с реальными данными, полученными в космосе.

В результате искусственно воссозданных гидротермальных процессов образовался целый комплекс более сложных органических молекул, включая аминокислоту - глицин, альдегиды и различные нитрилы. При этом, в ходе эксперимента было выявлено, что именно фаза замораживания способствует формированию простейших аминокислот.

Многие из синтезированных веществ по своей массе и структуре соответствовали тем сигналам, которые ранее были зафиксированы приборами «Кассини» в шлейфе Энцелада.

Однако, эксперимент не смог выяснить происхождение всех соединений, найденных космической станцией. Некоторые более крупные органические молекулы так и не появились в ходе эксперимента. Это может указывать на то, что в реальном океане Энцелада протекают более сложные химические реакции, которые не удалось воспроизвести в рамках данного исследования, а также то, что часть сложной органики может действительно оказаться древним материалом, сохранившимся со времён формирования спутника Сатурна.

Проведённые эксперименты убедительно демонстрируют, что подлёдный океан Энцелада представляет собой динамичную химическую среду, способную к активному производству разнообразных органических соединений, в том числе и тех, что считаются базовыми для биохимических процессов.

Это даёт важные ориентиры для планирования будущих космических миссий. Учёные подчёркивают необходимость оснащения новых космических аппаратов инструментами, способными не только обнаруживать, но и точно идентифицировать сложные органические молекулы для того чтобы разобраться - являются ли они продуктом внутренней химической активности океана или реликтовым веществом.