НАУКА В ПОИСКАХ ВНЕЗЕМНОй жизни

«Вселенная — довольно большое место.

Если она только наша, это будет пустой тратой пространства».

Карл Саган

В 2021 году Россия отмечает 60-летнюю годовщину первого полета человека в космос. За десятилетия, прошедшие с того момента, как первый землянин оказался на орбите планеты, людям удалось создать на границе атмосферы космический «форпост», активно и без устали исследовать Солнечную систему, даже отправить аппарат за ее пределы.
Одна из самых актуальных тем в сфере космических исследований сегодня -- поиски внеземной жизни.
Специально ко Дню космонавтики «Лаборатория научной журналистики» подготовила мультимедийный проект о том, где современные астробиологи надеются найти наших соседей по Вселенной.
Окружающая нас Солнечная система кажется тихим и пустынным уголком Вселенной, а соседствующие с нами миры представляются безжизненными. Если судить об их условиях в сравнении с комфортом, к которому мы привыкли в нашей теплой и стабильной среде обитания, то другие тела Солнечной системы кажутся безнадежно жестокими местами для любых живых существ, которые осмелились бы появиться на их поверхности. Но, оказывается, мы не должны судить о них строго, ведь жизнь и на нашей планете способна существовать в довольно суровых условиях.

По мере того, как ученые находят новые организмы в разных уголках планеты, надежда на обитаемость ближайших к нам миров только крепнет, а астробиология -- наука, занимающаяся исследованиями жизни в окружающей нас Вселенной – наконец-то переживает «ренессанс» после периода затишья и неприятия научным сообществом серьезности ее идей и намерений.

Пережить кризис астробиологии помогли не только (и не столько) открытия, сделанные благодаря различным космическим миссиям, но и исследования земной жизни и ее умения приспосабливаться к любым условиям.

Оказывается, живые существа могут обустраивать свой быт при температурах от -25 до 200 градусов по Цельсию, в едкой кислоте (pH -0,06) и сильно щелочной среде (рН 11). Ее можно найти в средах с высоким давлением, достигающим 1100 бар (Марианская впадина), в жарких сухих пустынях, как, например, Атакама, и ледяных долинах Антаркиды. Бактерии живут глубоко под землей и парят в атмосфере на высотах вплоть до озонового слоя.
Мы привыкли слышать об уникальной стойкости тихоходок, но в клубе организмов-экстремалов («экстремофилов», если выражаться научно) они далеко не одни.

В том числе благодаря таким живым существам, сегодня астробиология становится одной из самых востребованных и важных наук о космосе. Возможно, уже в ближайшие годы в каком-то из соседних миров будут обнаружены организмы, подобные земным, и мы сможем распрощаться с мыслями о нашем одиночестве в холодной бесконечности.

Зная о том, на что способны самые маленькие и стойкие обитатели Земли, «прогуляемся» по Солнечной системе и оценим условия на планетах и их спутниках, интересных с астробиологической точки зрения.
венера
Венеру часто (пожалуй, слишком часто) называют сумасшедшей сестрой Земли и ее злобным двойником. Она действительно очень похожа на нашу планету, но обладает солидным «багажом» проблем: высокие температуры (средняя температура поверхности 470 °C), высокое давление, геологические явления, в результате которых поверхность несчастной планеты в прямом смысле выворачивается наизнанку… кислотные дожди, возможно даже металлический снег.

Кто согласится на такие условия проживания?

Вулканическая активность Венеры в представлении художника © ESA
Удивительно, но надежда на то, что на Венере может быть жизнь, не угасает по мере нашего знакомства с ее тяжелым характером.
Напротив, астробиологам «сестра» Земли кажется очень интересным объектом. Вероятно, в прошлом Венера жила совсем другой жизнью. Она начала свое существование так же, как и Земля, возможно, даже могла похвастаться огромными океанами. Но ее судьба оказалась более жестокой из-за парникового эффекта, в результате которого «выкипели» венерианские океаны, а сама планета превратилась в воплощение ада. В период, когда условия были комфортными, на Венере вполне могла существовать жизнь.
Древняя (пригодная для жизни) Венера в представлении художника
©NASA
Исследуя, что именно пошло не так на Венере, ученые стремятся лучше представить себе дальнейшую эволюцию нашей планеты:
«Венера дает нам пример альтернативной эволюции планет», -- считает Викки Медоуз, астробиолог, возглавляющая Виртуальную планетарную лабораторию в Центре изучения экзопланетных систем NASA, -- «Отличный от земного, путь Венеры включает потерю пригодных для жизни условий и воды на поверхности, приобретение облаков из серной кислоты, а также образование плотной атмосферы, содержащей углекислый газ. Здесь также кроется предупреждение – о том, как умирают планеты земной группы».

Визуализация печальной истории Венеры.

Автор видео: Michael Lentz

Однако, как бы ни была Венера сурова и опасна для привычных нам форм жизни, все же она и сегодня может быть обитаема. В ее облаках температура и давление более благоприятны. Там же существует множество питательных веществ и источников энергии, даже жидкая вода в форме концентрированной серной кислоты. Кроме того, есть несколько сложных загадок, касающихся облаков и верхних слоев атмосферы, которые заставляют задуматься.

К ним относятся неопознанные структуры внутри некоторых из более крупных облаков и также неопознанный материал, который поглощает большую часть солнечной энергии, падающей на планету. Обе загадки могут иметь биологическую разгадку.

Впрочем, на сегодняшний день никаких доказательств «облачной» жизни нет, но в 2029 году к Венере в рамках российско-американской миссии должен будет направиться космический аппарат «Венера-Д», среди задач которого будет и астробиологическое исследование планеты.

марс
Есть ли жизнь на Марсе? Этим вопросом человечество задается более 200 лет, с тех пор, как земные астрономы начали отслеживать сезонные изменения полярных шапок на Красной планете.
Например, в конце XIX века астрономы Персиваль Лоуэлл и Джованни Скиапарелли заметили на Марсе «каналы» с предположительно жидкой водой и пришли к выводу, что, возможно, по соседству с нами обустроилась внеземная цивилизация.
Ни каналов, ни крупных резервуаров воды на Красной планете в результате не оказалось.

Джованни Скиапарелли и Персиваль Лоуэлл

В 1996 году потенциальная марсианская жизнь снова была в центре внимания, когда ученые объявили, что обнаружили подозрительные, похожие на бактерии, структуры в марсианском метеорите ALH 84001. Этот метеорит размером с ладонь, найденный в антарктическом льду в 1984 году, содержал «червеобразные» структуры размером всего от 20 до 100 нанометров в диаметре. Астробиолог NASA Дэвид Маккей предположил, что это могли быть бактерии с Марса. Однако после многих лет жарких споров в научном сообществе большинство ученых все же склоняются к тому, что линии в марсианском метеорите – это химические структуры, а не биологические.

Надежду на то, что Марс обитаем, дал землянам аппарат NASA Curiosity, зарегистрировавший на планете выбросы метана – газа-биомаркера, который может указывать на биологическую активность. Однако российско-европейский орбитальный аппарат TGO (миссия ExoMars) точно определил, что метана на Марсе нет: радость была ложной.


Сегодня Марс – это холодная пустыня, практически не защищенная атмосферой от неприветливого космического пространства. Вода на нем содержится в виде запасов льда: в полярных областях, гидратированных минералах и под поверхностью. В прошлом же на Марсе были и реки, и озера, и, возможно, даже океаны. Около 3,5 млрд лет назад он мог быть достаточно комфортным для жизни. Затем солнечный ветер и радиация лишили его атмосферы. Его ядро не отличалось большой активностью и в итоге перестало генерировать защитное магнитное поле. Поверхность Марса стала очень холодной и сухой, подверженной «бомбардировке» радиацией.
Под поверхностью условия для жизни более приятные. Но вода, которая там скрыта, вероятно, очень соленая, буквально «рассол». Возможно, обстановка для жизни в марсианском «рассоле» не идеальна, но земная практика показывает, что найдутся микробы, которые и такую среду оценят. Кроме того, на Марсе есть пещеры, лавовые трубки и другие геологические объекты, которые могут защитить жизнь от радиации.

Лавовая трубка на марсианской поверхности. © NASA/ JPL

Организмы должны быть исключительно устойчивыми, чтобы выжить в марсианских условиях: под воздействием радиации, в насыщенной щелочью среде, с не очень «удобными» циклами замораживания / оттаивания, которые могут угрожать их хрупкому генетическому материалу.

Впрочем, на Земле, например, есть организмы, которым жизнь на Марсе не показалась бы такой уж сложной. Например, когда определенные бактерии типа Firmicutes сталкиваются с опасными условиями, они быстро производят споры -- «сверхустойчивые спящие клоны самих себя». Споруляция позволяет им выдерживать длительные периоды засухи, воздействия едких химикатов и даже сильного ионизирующего излучения. И как только благоприятные условия вновь устанавливаются, споры снова пробуждаются и продолжают жить своей жизнью как ни в чем не бывало.

В 1995 году, например, ученым удалось «возродить», культивировать и идентифицировать бактериальные споры по содержимому брюшной полости вымерших пчел, хранившихся от 25 до 40 миллионов лет в доминиканском янтаре.

Пример земных бактерий, устойчивых к суровым условиям, обнадеживает. Но нельзя забывать о том, что в случае обнаружения этой формы жизни на Марсе мы можем столкнуться не с коренными «инопланетянами», а с «эмигрантами» с нашей планеты, ведь земная техника гостит на Марсе с 1960-х гг. Вполне возможно, что созданное на Земле оборудование, несмотря на теперь уже строгие процедуры стерилизации, могло привезти на Красную планету крошечных обитателей, которые не растерялись и приспособились к новой жизни. Есть и вероятность того, что жизнь с Земли прибыла на Марс в метеорите: обмен «подарками» в виде кусков пород и руды не раз случался за время долгих отношений соседних планет. Хотя на данный момент статус «дарителя» подтвердил только Марс, ученые не исключают, что и Земля не осталась в стороне от такого опыта.

В 2022 году к Красной планете направится очередной аппарат совместной российско-европейской миссии ExoMars, в рамках которой марсоход Rosalind Franklin
займется поисками марсианской жизни или ее следов под поверхностью Марса.

От недостатка внимания Красная планета не страдает, а значит, если на Марсе все-таки есть или в прошлом была жизнь, ее следы скоро будут обнаружены.

© ESA
Спутники
Многие объекты Солнечной системы представляют собой ледяные миры. В эту категорию входят и «внешние» планеты, и малые тела, такие как кометы, астероиды и спутники гигантов.

Один из главных заветов астробиологии гласит: «следуйте за водой» и подразумевает, что жизни необходима именно жидкая вода (в сочетании с источником энергии и небольшим набором необходимых биоэлементов). Казалось бы, космические «ледышки» астробиологам не должны быт интересны: какая жизнь может заинтересоваться существованием в холоде и голоде где-нибудь на спутнике Юпитера или, например, на Плутоне.

Однако даже под ледяными безжизненными поверхностями Вселенная спрятала много сюрпризов. Благодаря открытиям миссий NASA Galileo и Cassini покрытые льдом спутники Юпитера (Европа и Ганимед и даже Каллисто) и Сатурна (Титан, Энцелад) стали главными целями астробиологов.


Инфографика: Виктория Колесниченко.
Elements of this image were furnished by NASA
Пока космические аппараты не получили возможность «добраться» до поверхностей этих объектов, на Земле идут исследования самых холодных экосистем нашей планеты, и их результаты обнадеживают. Например, в ледяной антарктической пустыне были обнаружены цианобактерии, мирно живущие внутри камней. С внешним миром эти организмы не стремятся лишний раз общаться и, кажется, вполне довольны жизнью в самоизоляции.
Удивительные открытия обеспечило ученым и крупнейшее подледное озеро в Антарктиде -- Восток. Этот резервуар находился в изоляции от окружающей среды на протяжении нескольких миллионов лет. Он скрыт слоем льда толщиной около 4 км. Возраст его «защитного панциря» оценивается в 20 тысяч лет.


В 1976 году российский ученый Сабит Абызов обнаружил в озере жизнь, которая представлена, например, «законсервированными» на низких температурах жизнеспособными бактериальными клетками, актиномицетами, цианобактериями, дрожжевыми грибами, грибками и диатомовыми водорослями.

Цианобактерии в целом доминируют в земной криосфере.
Диатомии, ледяные черви и другие организмы вполне способны о себе позаботиться в своих ледяных «домах», производя протеины и энзимы, которые позволяют им растапливать лед вокруг и удобно устраиваться даже в таких условиях.
Открытие биосистем в самых холодных уголках Земли дают ученым надежду на то, что каким-то организмам все-таки удалось обустроить свой быт и среди инопланетных льдов. И благодаря упомянутым исследованиям мы даже можем себе представить, как эти организмы могут выглядеть.
ЕВРОПА
Европа -- самая маленькая из четырех галилеевых спутников Юпитера, но астробиологи возлагают на нее далеко не маленькие надежды. Под ледяным панцирем этого объекта кроется жидкий океан соленой воды. На Европе есть такие важные элементы, как углерод, водород, кислород и азот. Она имеет источник энергии, несмотря на то, что подземный океан изолирован от солнечного света: жизнь в его глубинах может формироваться рядом с гидротермальными источниками. Приливное воздействие Юпитера -- это стабильный источник тепла, сохраняемого внутри ледяного панциря в течение длительного времени. Не проберется через толстый слой льда и солнечная радиация.
Астробиологи считают, что микробы могут существовать в океане Европы так же, как существуют вокруг гидротермальных источников в океанах Земли. То есть, условиям подо льдом на этом спутнике Юпитера могли бы позавидовать даже вынужденные вечно мерзнуть обитатели земного озера Восток.

«Мы думаем, что на Европе есть хороший контакт между жидким водным океаном и скалистыми недрами», -- считает Морган Кейбл, сотрудница лаборатории реактивных двигателей NASA в Калифорнийском технологическом институте, -- «Это важно, потому что энергия, которую вы можете получить с помощью химии, может быть использована жизнью».

В случае Европы ученые могут себе позволить гипотезы и о более сложных видах организмов. В океане этого спутника Юпитера могут плавать не только микробы, но и многоклеточные существа. Например, инопланетные ледяные черви.

К счастью, очередная миссия к Европе уже запланирована: Автоматическая межпланетная станция NASA Europa Clipper с самыми серьезными астробиологическими намерениями направится к спутнику Юпитера уже в 2024 году.
Но это еще не все: в 2022 году Европейское космическое агентство планирует отправить АМС JUICE в «командировку» к главному газовому гиганту Солнечной системы. В рамках миссии будут проводиться исследования Юпитера и трех его крупнейших спутников (Ганимед, Каллисто и Европа).

Ледяной червь, живущий в земных ледниках. Может быть, очень похожие на него существа проживают и на Европе.
ЭНЦЕЛАД
На дне океана Земли из гидротермальных источников выделяются горячие, богатые энергией, насыщенные минералами жидкости, которые позволяют процветать уникальным экосистемам, изобилующим необычными существами. Крошечный Энцелад скрывает жидкий водный океан под ледяной оболочкой и не боится делиться своими секретами с Вселенной. Космический аппарат NASA Cassini обнаружил убедительные доказательства наличия гидротермальных источников на дне океана Энцелада благодаря тому, что струи воды пробивают трещины на поверхности спутника и известны как полосы тигра (у Европы могут быть похожие шлейфы). Фактически, материал из «гейзеров» Энцелада образует одно из колец Сатурна.
Гидротермальные источники
© NASA
«К счастью, он отправляет бесплатные образцы из своего океана в космос», -- говорит Морган Кейбл. «Энцелад - единственное место в Солнечной системе с гарантированным доступом к подземному океану без необходимости копать или бурить».

Космический аппарат Cassini в 2015 году пролетел сквозь один из водных шлейфов спутника, и хотя его инструменты не были предназначены для анализа проб воды, он все же собрал важные ключи к разгадке тайн Энцелада. К ним относятся «пойманные» космическим аппаратом сложные органические молекулы, соли, подобные тем, что присутствуют в океанах Земли, силикатные «нанозерна» и другие свидетельства, указывающие на наличие гидротермальной активности. Газы, обнаруженные в водном шлейфе, водород и метан, предполагают, что энергии в океане достаточно, чтобы обеспечить жизнь «топливом».
ТИТАН
Титан -- гигантский спутник Сатурна, обладающий атмосферой, насыщенной метаном и этаном. На его поверхности метан содержится в озерах и реках, выпадает в виде дождя и снега, а вот суша на Титане представлена твердым как камень водным льдом. По сути метан на этом объекте Солнечной системы проходит через такой же цикл, как и вода на Земле, и представлен в газообразном, жидком и твердом виде. Хотя Титан меньше нашей планеты и имеет более слабую гравитацию, он все же очень похож на нашу планету: азот доминирует в его атмосфере, как и на Земле.

Титан также обладает подповерхностным океаном воды, как и всеобщая любимица Европа, хотя его запасы жидкой воды находятся глубоко, и неизвестно, контактирует ли океан с чем-либо с поверхности. Если контактирует, то смешивание со сложным химическим веществом с поверхности может дать «топливо» для жизни.

Сильный холод на Титане, конечно, означает, что химические процессы протекают очень медленно. Ученые робко предполагают, что на поверхности этого объекта все же может быть жизнь, но совершенно не такая, как у нас.

К счастью, NASA планирует направить к Титану миссию под названием Dragonfly, которая поможет нам лучше узнать удивительный мир этого спутника Сатурна.
Dragonfly
© NASA
ГАНИМЕД
Ганимед -- самый большой спутник в Солнечной системе. Размерами он превосходит даже планету Меркурий.
Как отмечают астроном Памела Гэй и основатель сайта «Universe Today» Фрейзер Кейн, ведущие подкаст Astronomy Cast: «Ганимед -- это новая Европа. Все в восторге от Европы, но Ганимед -- это единственный спутник в Солнечной системе, обладающим магнитным полем. Он имеет те же самые слои льда и подповерхностный океан, что и Европа. Но он дальше от Юпитера и не подвержен такому ужасному излучению».
Впрочем, в геологическом плане Ганимед уступает Европе, поскольку не может похвастаться тектоникой плит.

Иллюстрации поверхностей Европы, Энцелада и Титана

Жизнь за орбитой Нептуна
(пояс Койпера)
Даже во мраке самых далеких «провинций» Солнечной системы теплится надежда на жизнь. Здесь астробиологические сюрпризы может преподнести и дорогой землянам Плутон.
Попробуем оценить шансы бывшей планеты стать родным и любимым домом для живых организмов.
ПЛУТОН
Космический аппарат NASA New Horizons собрал доказательства того, что Плутон обладает многими характеристиками, необходимыми для жизни. Он может даже оказаться в «шорт-листе» самых востребованных астробиологических локаций наряду с более популярными кандидатами, такими как ледяные спутники Европа и Титан.

Несмотря на десятилетия наблюдений с Земли, ученые мало знали о Плутоне до тех пор, пока New Horizons не пролетел мимо него в 2015 году. Полученные изображения показали неожиданно разнообразный и активный мир с горами и долинами, ледниками из твердого азота, и тонкой атмосферой.


Оказалось, что Плутон может похвастаться теплым внутренним миром, наличием органических молекул (по крайней мере, на поверхности) и, скорее всего, подповерхностным океаном. Так что карликовая планета формально отвечает основным требованиям астробиологов.

Однако, как и в случае с другими кандидатами в обитаемые космические объекты, без дополнительных исследований и визитов к Плутону не обойтись. Пока можно только предположить, что Плутон менее комфортен для жизни, чем Европа и Энцелад, но в силу своих геологических особенностей более комфортен, чем Титан и Ганимед, где толстый слой льда под высоким давлением блокирует прямой контакт между океаном и скалами на дне и может мешать выделению энергии и протеканию некоторых важных для жизни химических процессов.
При этом важно помнить, что Плутон не уникален: другие тела в поясе Койпера имеют аналогичные размеры и, скорее всего, также обладают океанами. Кроме того, «коллега» Плутона по статусу карликовой планеты -- Церера, расположенная более выгодно по отношению к «центру» Солнечной системы, может быть «водным миром» сейчас или являлась таковым в прошлом, что делает ее интересной с астробиологической точки зрения. Приятные сюрпризы ученым может преподнести и спутник Юпитера Каллисто.

Выходит, что даже самые отдаленные и темные уголки Солнечной системы не всегда враждебны. Для самых стойких организмов или для форм жизни, которые мы даже не можем сегодня вообразить, холодные миры, погруженные в вечный мрак, могут быть вполне гостеприимными «оазисами».
Автор: Виктория Колесниченко
В проекте использованы видео- и фотоматериалы NASA, ESA, ESO, STScI.

При подготовке текста были использованы следующие источники информации

ЛАБОРАТОРИЯ НАУЧНОЙ ЖУРНАЛИСТИКИ
sciencemedialab.ru
This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website