В среде астрономов ходит множество шуток про астробиологов. Например, про то, что астробиология — это «единственная наука, которая занимается поиском собственного предмета исследования». Жизнь за пределами Земли пока не нашли нигде, и неизвестно, есть ли она где-либо ещё.
Однако задачи астробиологии шире, чем поиск живых существ на Марсе. Скорее — это исследование условий, при которых жизнь возникает или может возникнуть, изучение «экстремальных» для жизни мест на Земле, например, подводных вулканов — «чёрных курильщиков» как моделей внеземной жизни, и даже всевозможные эксперименты с «выращиванием картофеля на МКС» и «изготовлением реплики марсианской почвы».
В последние годы планируемые космические программы имеют выраженный «крен» в сторону поисков жизни: «полезная нагрузка» аппаратов включает приборы, предназначенные для поисков биосигнатур, их же пытаются искать, исследуя спектры излучения от планет и спутников. Ниже — обзор шести «пунктов назначения» в Солнечной системе (планет и их спутников), наиболее интересных исследователям с точки зрения поиска жизни. Сюда ожидаемо входит Марс, но также и неочевидные точки, вроде нескольких спутников планет-гигантов, привлёкшие по разным причинам внимание астрофизиков.
1. Энцелад
Энцелад (Enceladus) — небольшой спутник Сатурна диаметром всего 500 км. Это один из наиболее ярких объектов Солнечной системы: он отражает больше света, чем любое другое небесное тело, потому что его поверхность представляет собой сплошной ледяной покров толщиной 30—40 км. При более внимательном изучении спутника обнаружилось, что в районе его южного полюса на поверхности есть характерные борозды на льду длиной десятки километров, названные «тигровыми полосами». Но зато на поверхности практически отсутствовали следы метеоритных ударов. Это означает, что ледяная поверхность быстро «залечивается» за счёт поступления жидкой воды. Наконец, при съёмке с «ночной» стороны спутника в 2005 году были обнаружены водяные гейзеры, бьющие из-подо льда из «тигровых полос» на высоту до 250 км. Позднее исследование гравитационных аномалий позволило установить, что, по крайней мере, под южным полюсом Энцелада существует приповерхностный океан жидкой воды. Его толщина около 10 км. До сих пор ведутся споры о том, существует ли океан только под определённым участком поверхности Энцелада (в окрестностях южного полюса) или занимает всю планету. Ответ на этот вопрос пытаются получить, исследуя географию выбросов гейзеров, а также путём изучения магнитных аномалий спутника. Здесь механизм может оказаться аналогичным магнитному полю спутника Юпитера Европы, которое, как считают, обусловлено наличием сплошной массы солёной воды — проводника электричества.
Более того, орбита спутника лежит как раз в одном из колец Сатурна, а именно в кольце F. Материал этого кольца во многом обусловлен выбросами гейзеров Энцелада. Это означает, что если в морях (океане) Энцелада есть жизнь, то таким образом она может попадать в космос и разноситься хотя бы в пределах Солнечной системы, попадая на другие небесные тела. В выбросах Энцелада, кроме воды, обнаружен азот (молекулы аммиака), а также некоторые простейшие углеводороды в следовых концентрациях. Сейчас рассматривается несколько проектов исследования Энцелада, включая вариант с возвращением на Землю образцов воды из гейзера.
2. Титан
Титан — крупнейший спутник Сатурна диаметром около 5000 км. Это единственный спутник планеты в Солнечной системе, имеющий свою атмосферу из азота, и единственное тело, кроме Земли, на котором есть жидкость в устойчивом состоянии. Вместо воды при температурах на Титане около −180 °C гидрологический цикл обеспечивается циркуляцией жидкого метана CH4. Также это единственный спутник в Солнечной системе, кроме Луны, на котором работал спускаемый аппарат. Зонд «Гюйгенс» орбитального комплекса «Кассини» в 2005 году опустился на поверхность спутника и проработал там несколько часов, успев передать несколько фотографий с воздуха и после приземления. Наличие жидкой среды и атмосферы способствует активным экзогенным геологическим процессам выветривания и формирования рельефа, в частности, обуславливает сложный рельеф поверхности. Из-за схожести геологических процессов под действием ветра и жидкой среды на Земле и на Титане формы рельефа поверхности спутника Сатурна также аналогичны земным: встречаются «дюны», «горы», «плоскогорья», «равнины» и т.д. Недавно многолетние результаты съёмки поверхности в разных диапазонах волн удалось свести вместе, построив общую геоморфологическую карту поверхности Титана. Жидкая среда, даже если это и не вода, рассматривается как благоприятный фактор протекания химических и биохимических реакций, потому что обеспечивает циркуляцию и растворение реагентов. Более того, астробиологи рассматривают наличие жидкости на планете как необходимое условие для возникновения жизни. Иначе вероятность таких реакций падает на десятки порядков, и необходимое время для составления благоприятных для жизни комбинаций процессов увеличивается практически до бесконечности (во всяком случае — больше времени существования Вселенной). Один из будущих проектов NASA предполагает высадку на поверхность Титана робота-квадрокоптера Dragonfly, рассчитанного на перелёт расстояний в десятки километров между разными участками и ориентированного на поиск биосигнатур.
3. Марс
Про «жизнь на Марсе» пишут и «находят» её настолько давно, что эта тема уже стала мемом. Начиная от открытия «каналов» в конце XIX века, которые превратились в новостях в ирригационные сооружения марсиан, до современных фотографий, на которых находят всё, от «гробницы в форме человеческого лица на развалинах древнего города» вплоть до какого-то хомячка, «прячущегося между камнями» и, как водится, в очередной раз «взорвавшего интернет» (на одном из снимков марсохода Curiosity). Списки странных марсианских артефактов на фотографиях имеются в сети, например, см. большую коллекцию на space.com. Во многих таких подборках в невзыскательной прессе встречаются потрясающие тексты серии «власти скрывают», вроде такого: «Администратор NASA приказал фотографу изменить настоящий голубой цвет неба на бледно-красный». Как минимум это свидетельствует о долгоживущем интересе к жизни на этой планете и готовности конспирологов «продавать» публике подобный контент. Одна из таких странных фотографий приведена для иллюстрации этого раздела. Это не деревья посреди дюн, а обвалы разрушенного материала из-за испарения твёрдого диоксида углерода (снимок сделан в районе полярной шапки Марса с корабля Mars Reconnaissance Orbiter).
Для поиска жизни предлагаются различные места на Марсе, и исследования здесь ведутся сразу в нескольких направлениях. Так одно из направлений — исследование атмосферы Марса. Удобно как минимум тем, что это можно делать и с Земли, анализируя её спектральный состав. Так, недавно появились статьи об обнаружении в атмосфере Марса метана, который рассматривается как один из важных индикаторов жизни. Также рассматриваются возможные места для поисков жизни «на месте». Один из объектов — полярные шапки, где присутствуют залежи замороженной углекислоты и водяного льда. Второе направление — поиск форм жизни на некоторой глубине под поверхностью, где также обнаружен водяной лёд. Другие интересные объекты включали, например, одну (единственную) точку на экваторе, где обнаружен гематит — оксид железа, указывающий на окисление, возможно, под действием воды.
Но целевым объектом ближайшего готовящегося к старту проекта NASA MARS-2020 стал один из кратеров в его северном полушарии — кратер Езеро. Здесь при исследованиях с орбиты впервые были обнаружены карбонатные минералы (такие, как обычный известняк); кроме того, ландшафт указывает на существование здесь в прошлом устья реки со значительным выносом материала. Новый марсоход будет оснащён инструментами для поиска жизни или, как минимум, биосигнатур. Также почти одновременно с этим разрабатывается совместный российско-европейский проект ExoMars.
4. Венера
Поверхность Венеры с температурами около 450 °C, плотной атмосферой из углекислого газа давлением около 100 атм. и дождями из серной кислоты для жизни в нашем понимании непригодна. Из-за парникового эффекта атмосферы температура на Венере даже выше, чем на Меркурии. Однако астробиологи считают, что более приемлемые условия могут сохраняться в верхних слоях её атмосферы. Диоксид серы и монооксид углерода могли бы быть источником пищи для находящихся в её атмосфере на больших высотах микробов. В какой-то мере эти предположения перекликаются с результатами моделирования палеоусловий на планете. Согласно некоторым сценариям, условия на Венере в течение длительного времени (несколько миллиардов лет) могли быть сопоставимы с земными и умеренными даже для развития жизни. При этом переход системы в неконтролируемый разогрев мог произойти около 700 миллионов лет назад в результате некоторого катастрофического события, которое вызвало выброс углекислого газа и запустило парниковый эффект. Но тогда возможно, что какие-то микроорганизмы уцелели, плавая в верхних слоях атмосферы в условиях постоянных ураганных ветров. Диапазон высот возможного существования жизни оценивают в 50—60 км: это «вилка» ограничений, с одной стороны, из-за сильной радиации от Солнца выше и неблагоприятных атмосферных условий ниже этого интервала. В ближайшем будущем планируются или находятся в разных стадиях разработки несколько проектов изучения Венеры, включая российский проект «Венера-Д» (2025 г.). Также многочисленные космические аппараты с другими пунктами назначения используют Венеру для «разгона» (гравитационных манёвров) и попутно проводят её исследования во время облётов.
5. Европа
Европа — один из четырёх крупнейших спутников Юпитера, открытых ещё Галилеем в начале XVII века («Галилеевых лун»). Диаметр Европы около 3000 км, и её можно легко рассмотреть в любительский телескоп. Астрономы давно предполагали существование сверхглубокого, глубиной в сотни километров, океана под её ледяной поверхностью. На это указывали многочисленные косвенные признаки, в частности, наличие собственного магнитного поля Европы, которое удовлетворительно объясняется только существованием океана с солёной водой как проводником тока. Кроме того, наличие океана подтверждается исследованиями атмосферы, в которой обнаружены следы воды в результате выбросов гейзеров. Предполагается, что запас воды на Европе превышает количество воды в Мировом океане Земли. Из-за близости к Юпитеру приливные силы на спутнике являются существенным источником энергии, позволяющим поддерживать температуру воды, не допуская её замерзания. Кроме того, исследования подтверждают наличие в составе вещества Европы всех «существенных химических элементов для жизни», то есть C, N, O, H, P, S. Европа является одним из приоритетных объектов для поиска внеземной жизни. Для её исследования NASA планирует запуск зонда Europa Clipper с набором инструментов для поиска биосигнатур.
6. Каллисто и Ганимед
Следующие два крупных спутника Юпитера, Ганимед и Каллисто, имеют схожие размеры, строение и находятся в примерно одинаковых условиях. Так, их диаметр около 5000 км, период обращения Ганимеда 7 дней, Каллисто — 17 дней. Как и Европа, это также ледяные спутники, под которыми возможны океаны. Есть вероятность, что океаны там только локальные, не занимающие всей поверхности спутников. Сведения о них пока что весьма скудны и известны из результатов работы станций, имеющих другие точки назначения — в частности, зонда «Кассини» и обоих «Вояджеров». Кроме того, в атмосфере Каллисто также обнаружен кислород. Существуют аргументы в пользу наличия под поверхностями спутников сплошных океанов, но они пока только косвенные и основаны на исследовании магнитных аномалий (вероятно, обусловленных наличием проводящего слоя солёной воды, аналогично Европе или Энцеладу), а также по вспышкам «полярных сияний» на Юпитере из-за взаимодействия с магнитным полем его спутников. Готовящийся проект Европейского космического агентства (ESA) JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) предполагает запуск космического аппарата для исследования трёх ледяных спутников Юпитера, включая Европу.
Подготовка материала: Сергей Шапиро