До сих пор считалось, что дефицит фосфора может быть существенным препятствием на пути возникновения жизни в океанах других миров Солнечной системы.
Из шести элементов — углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, — необходимых для возникновения жизни, какой мы ее знаем, реже всего в космосе встречается именно фосфор, ключевой компонент молекул ДНК и РНК. Поэтому при анализе обстоятельств в том или ином уголке космоса важно понимать, какая там ситуация с его соединениями.
Долгое время понять это было сложно. Уже десятки лет идет изучение образцов метеоритов, лунных и марсианских пород, а также состава гейзеров с ледяных спутников планет-гигантов Солнечной системы. Затем ученые сопоставляют результаты анализа с земными образцами в попытке понять, подходят ли внеземные условия для возникновения и поддержания жизни.
Проблема с фосфором в том, что он легко связывается в соединениях с кальцием, которые в воде выпадают в осадок. Если океан достаточно глубок, то полноценной конвекции в нем может и не быть. Тогда единожды выпавшие в осадок соединения могут никогда не вернуться в основную часть океанической толщи. Например, подледный океан Энцеледа имеет глубину 30-40 километров, что намного глубже земного. Но значит ли это, что фосфор там весь обязательно связан в осадках?
Стоит напомнить, что на Земле есть вода с высоким содержанием соединений фосфора, растворенных в толще вод, — содовые озера. И если подледные океаны спутников Сатурна и Юпитера по составу схожи с такими озерами, в них может быть много этого ценного элемента — и серьезные перспективы для жизни.
Открытый больше двух веков назад Энцелад по-настоящему заинтересовал ученых лишь 20 лет назад, когда межпланетная станция «Кассини» засекла над спутником Сатурна шлейфы ледяных частиц, вырывавшихся из-под поверхности. Это было свидетельством того, что Энцелад активен и под ледяной «скорлупой» скрывается океан.
Вылетающие из него частицы льда вносят значительный вклад в формирование предпоследнего кольца планеты-хозяина Сатурна — так называемого E-кольца. Поэтому анализ состава частиц этого кольца дает гораздо более качественную статистику по составу подледного океана, чем исследование данных редких «свежих» выбросов гейзеров Энцеледа.
Авторы новой работы проанализировали данные «Кассини» по нескольким сотням пойманных в E-кольце крупиц с высокими концентрациями солей. В итоге они нашли там образцы со значительной концентрацией фосфатов — солей фосфорных кислот. Правда, всего девять штук.
Неравномерное распределение солей по крупицам льда может означать, что и в океане Энцелада они распределены неравномерно. Впрочем, по мнению авторов, на распределение соединений в выбросах может влиять сам процесс формирования гейзеров. Поэтому ученые полагают, что в целом извергнутые частицы — репрезентативный образец состава океана вблизи его поверхности подо льдом.
Чтобы понять, как в гипотетических условиях океанов Энцелада соединения фосфора удерживаются в воде, ученые провели лабораторные эксперименты с углеродистым хондритом — аналогом той породы, из которой состоит ядро спутника.
Опыты и теоретические расчеты подтвердили схожесть океанов спутника с содовыми озерами нашей планеты: высокая концентрация карбонатных минералов провоцирует снижение количества растворенного кальция, что ведет к повышению концентрации в воде растворенных соединений фосфора. Кальций в таких условиях просто не может «увлечь» весь фосфор в нерастворимый осадок. В итоге концентрация фосфора в океанах Энцеледа как минимум в 100 раз выше, чем в океанах Земли. Из места, которое считали бедным фосфором, местные водоемы внезапно превратились в гипернасыщенные этим элементом.
Долгое время именно отсутствие фосфора было существенным фактором, ставившим под сомнение возможности существования жизни на Энцеладе и других ледяных спутниках Солнечной системы. Ведь фосфор в воде не удавалось найти нигде, кроме Земли. А на нашей планете он поднимается к поверхности благодаря тектонике плит, которой нет на ледяных спутниках.
Конечно, наличие фосфора само по себе еще не гарантирует наличия жизни. Более того, чрезмерное его обилие может указывать и на ее отсутствие (некоторые слишком соленые озера Земли бедны жизнью).
«Если на Энцеладе есть жизнь, то почему остается так много химической энергии и питательных веществ?» — ставит вопрос один из авторов новой работы Ясухито Секине (Yasuhito Sekine), астробиолог из Токийского технологического института.
Автор: Дарья Губина