Europa Clipper сможет найти признаки внеземной жизни даже в частице льда

В октябре 2024 года NASA планирует отправить к спутнику Юпитера Европе космический аппарат, чтобы узнать, обладает ли юпитерианская луна условиями, пригодными для жизни. Однако зонд будет нести научный инструмент, который, как показали авторы нового исследования, способен обнаружить известную нам форму жизни, если она, конечно, там есть. Прибор может находить бактериальную клетку или ее фрагменты в крупицах льда, которые выбиваются в космос при ударах микрометеоритов. Иными словами, этот научный прибор — надежда в поиске внеземной жизни на ледяных спутниках.

Европа — четвертый по размеру спутник Юпитера. Считается, что поверхность этой луны полностью безжизненна: атмосферное давление там составляет всего одну триллионную часть земного, а средняя температура — минус 160 градусов Цельсия.

Однако за десятки лет наблюдений астрономы установили, что эта луна покрыта ледяной корой льда толщиной не менее 20 километров, под которой скрывается соленый жидкий океан. Его глубину исследователи оценили в 100 километров, а общий объем воды — вдвое больше, чем во всех океанах Земли. Только неизвестно, присутствуют ли в нем химические вещества, необходимые для развития живых организмов.

Чтобы выяснить, обладает ли Европа условиями, пригодными для жизни, NASA собирается запустить к ней космическую станцию Europa Clipper, которая будет изучать спутник с расстояния. Аппарат отправят на вытянутую, «петляющую» орбиту вокруг Юпитера, благодаря чему зонд сможет часто сближаться с юпитерианской луной — совершит 44-49 близких облетов. Запуск Europa Clipper намечен на октябрь 2024 года, а прибытие к Европе — на апрель 2030-го. Планируется, что зонд будет исследовать спутник 109 дней.

На автоматическую станцию инженеры уже установили все научные инструменты. Всего их девять. Они будут проводить картографирование поверхности Европы, изучать ледяную оболочку, подповерхностный океан, водяной пар (гейзеры), прорывающийся сквозь лед, а также разреженную атмосферу, состоящую преимущественно из пыли и продуктов радиолиза частичек льда, которые выбиваются в космос при ударах микрометеоритов.

Все приборы разрабатывали лишь с одной целью — помочь ученым понять, что за условия существуют на Европе и подходят ли они для развития жизни. То есть «научная начинка» Europa Clipper изначально не предполагала сам поиск внеземных живых организмов.

Но группа инженеров из США и Германии под руководством Фрэнка Постберга (Frank Postberg) из Свободного университета Берлина сделала неожиданное открытие. Ученые обнаружили, что один из инструментов зонда, над которым они работали, — анализатор поверхностной пыли Surface Dust Analyzer (SUDA), — может находить бактериальные клетки и их фрагменты (ДНК, РНК, цитоплазматическая мембрана), потенциально указывающие на присутствие жизни. Прибор способен искать такие следы в отдельных частицах льда, выброшенных с поверхности. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.

Прибор SUDA — масс-спектрометр, который будет изучать состав малых твердых частиц, выбрасываемых из недр Европы как после удара микрометеоритов, так и гейзерами. Постберг и его коллеги испытали инструмент в вакуумной камере, чтобы больше узнать о его возможностях.

С помощью экспериментальной установки исследователи посылали в вакууме тонкую струю жидкой воды с высокой кинетической энергией, где она ударялась о SUDA и распадалась на капли. Предварительно в воду ученые поместили образцы бактерии Sphingopyxis alaskensis, обитающей в водах Аляски. Эти бактерии могут выживать в холодной среде и при ограниченном количестве питательных веществ, что делает их наилучшим кандидатом на роль «внеземной жизни», которая может существовать на ледяных спутниках Сатурна или Юпитера.

Затем Постберг применил луч лазера, чтобы «разбить» капли еще на более мелкие фрагменты и таким образом сымитировал крупицы льда, которые после попадали на детектор SUDA. Исследователи обнаружили, что прибор может находить в этих крупицах фрагментированный клеточный материал, включая жирные кислоты, которыми богаты клеточные мембраны, а также аминокислоты.

«Мы показали, что SUDA может обнаружить клеточный материал всего в одной из сотен тысяч ледяных частиц, которые ударяются о ваш прибор в космосе со скоростью от четырех до шести километров в секунду. То есть мы сможем отличать клеточный материал от других органических молекул и солей», — объяснил Постберг.

В ближайшее время авторы исследования проведут аналогичный эксперимент, но уже с другими видами клеточных культур.