Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде сообщают, что естественное разделение солей океана в ледяных трещинах Энцелада, спутника Сатурна, может помочь в поисках внеземной жизни. Под толстой ледяной корой этого небесного тела скрывается глобальный океан жидкой воды, что делает его одним из самых перспективных мест для поиска живых организмов за пределами Земли. Согласно новой работе, сам спутник способен облегчить задачу будущим космическим аппаратам, делая некоторые океанические соединения более доступными для обнаружения.
На южном полюсе Энцелада из океана вырываются струи водяного пара и мельчайших ледяных частиц, которые поднимаются на сотни миль в космос и питают кольцо E Сатурна. Космический аппарат NASA «Кассини», прибывший к Сатурну в 2004 году, неоднократно пролетал сквозь этот шлейф и собирал образцы океанического вещества без посадки и бурения многокилометрового льда. Приборы зафиксировали соли и органические соединения, а также признаки взаимодействия воды с породами на каменистом дне океана.
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, учёные разобрали, как разные соли разделяются и накапливаются в отдельных частицах, когда океанические брызги замерзают и движутся через трещины во льду. Тот же процесс, по мнению авторов, может концентрировать органические молекулы и потенциальные биосигнатуры в отдельных гранулах, что заметно упростит их поиск для будущих аппаратов. Специалисты изучили около тысячи богатых солями ледяных частиц, зарегистрированных анализатором космической пыли «Кассини». Одни гранулы содержали много хлорида натрия, другие — преимущественно карбонаты, фосфаты, гидроксиды или соли с калием.
«Мы показываем, что каждая гранула — не обязательно крошечная проба океана, — говорит Фабиан Кленнер, доцент планетарных наук Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтор исследования. — Скорее это фрагмент гораздо более крупной океанической капли, в которой замерзание разделило соли ещё до того, как капля распалась». Чтобы восстановить этот процесс, исследователи объединили данные «Кассини» с лабораторными опытами, термодинамическими расчётами и моделями охлаждения капель. В экспериментах замораживали капли щелочной солёной воды, по составу напоминающей океан Энцелада: крупные капли, остывавшие медленно, образовывали отдельные богатые солями зоны, а самые мелкие и быстро замёрзшие оставались более однородными.
«Когда такие капли замерзают сравнительно медленно, разные соли могут разделяться на отдельные области внутри одной гранулы, — поясняет Кленнер. — Например, хлорид натрия может сосредоточиться в одной зоне, а хлорид калия — в другой. Когда гранула разгоняется в жерле и сталкивается с ледяными стенками, она дробится на более мелкие фрагменты разного состава. Именно этот механизм мы и предлагаем». Модель команды начинается с того, что лопающиеся пузыри на поверхности океана рождают капли-брызги. Водяной пар увлекает их вверх по трещинам, где они замерзают достаточно медленно для разделения солей. Ближе к поверхности узкие каналы разгоняют пар и замёрзшие капли до нескольких сотен миль в час, и удары о ледяные стенки превращают их в микрометровые осколки.
«Энцелад фактически выполняет за нас большую часть работы по подготовке образцов к анализу, которая обычно требует немалых усилий в химических лабораториях на Земле, — говорит Франк Постберг, профессор планетарных наук Свободного университета Берлина, возглавивший исследование. — Океанические компоненты отделяются друг от друга и одновременно концентрируются в отдельных ледяных частицах». Полученные результаты меняют и подход к трактовке проб из шлейфа: одна гранула может не отражать средний состав океана. Объединение множества частиц в одно измерение способно стереть естественное разделение и скрыть редкие соединения, тогда как поштучный анализ сохраняет эту информацию. «Анализ большого числа отдельных гранул повышает наши шансы найти интересные составы и даёт более полную картину океана в целом, — отмечает Кленнер. — Самая полезная информация — в различиях между гранулами. Будущие миссии должны анализировать как можно больше отдельных частиц».
По словам Кленнера, схожие физические процессы могут объяснять, почему некоторые органические соединения встречаются в повышенных концентрациях лишь в малой доле ледяных гранул Энцелада. «Это говорит нам о чём-то важном для поиска жизни на Энцеладе, — добавляет он. — Молекулярные признаки жизни, если они там есть, могут быть сосредоточены лишь в нескольких гранулах. Будущему аппарату придётся найти именно их». Поиск пригодных для жизни сред и следов жизни за пределами Земли — одно из направлений работы Кленнера в Калифорнийском университете в Риверсайде: его лаборатория изучает, как органические молекулы и возможные биосигнатуры проявятся в отдельных ледяных частицах и как масс-спектрометры на борту аппаратов смогут отличить биологическую химию от небиологической. В исследовании участвовали коллеги из Германии, Японии, Китая, Великобритании и США, а сам Кленнер получал финансирование от NASA и Европейского исследовательского совета.