Величайший космический бильярд: что "Кассини" рассказал про жизнь на Энцеладе?
Недавняя громкая новость гласит, что зонд "Кассини" нашёл в водяном паре из гейзеров Энцелада водород, углекислый газ и аммиак. Событие, прямо скажем, редкое по важности. Водород там, судя по сопутствующим газам, из гидротермальных источников. Именно в таких местах на нашей планете миллиарды лет назад зародилась её первая жизнь — LUCA (Last universal common ancestor — последний универсальный общий предок) — организм, от которого произошли и мы, люди.
Более того, водород и углекислый газ — это те элементы, которыми "питаются" одноклеточные метаногены — одни из древнейших организмов на Земле. Так что эта находка — уверенная заявка на то, что огромный подлёдный океан Энцелада может быть наполнен жизнью. И это поистине странно, ведь луна Сатурна всего 500 километров в диаметре, что несопоставимо меньше нашей Луны. Откуда там такое богатство, как океан с приличной "кормовой базой" для жизни? И почему их нет на многих других телах — куда как более крупных и на вид подходящих для "морской живности"?
Слишком маленький чайник
Пока астрономы видели Энцелад только в телескопы, с ним всё было ясно и понятно. В 1981 году "Вояджер-2" принёс первую конкретную информацию — и немедленно всё запутал. Небольшое тело почему-то оказалось геологически активным: на нём нашли совсем немного следов кратеров. Активность была не вполне понятна, потому что Энцелад очень-очень мал и, по идее, его недра должны были давно остыть. К тому же поверхность состояла из яркого и чистого водного льда — она вообще оказалась самой яркой среди всех известных в природе планет и спутников. Энцелад отражает 99 процентов падающего на него света — лучше, чем чистый снег на Земле. Он должен был давно потемнеть, как лёд большинства других тел системы, ведь на нём со временем скапливается пыль.
"Кассини" подошёл к Энцеладу ещё ближе, чем "Вояджер-2", к тому же он обладает радиогравиметром. Выяснилось, что близ южного полюса тела лежит океан глубиной не менее 10 километров. А оттуда бьют гейзеры высотой до 250 километров!
Как стало известно 14 апреля 2017 года, пройдя через их верхнюю часть, космический аппарат зарегистрировал следы не только водяного пара, но и водорода, углекислого газа и аммиака. Этого "добра" из гейзеров вылетело уже столько, что всё внешнее кольцо Сатурна (кольцо Е) образовано именно гейзерами его спутника!
Что ещё более важно, на Земле давно известны одноклеточные метаногены, потребляющие водород и углекислый газ и делающие из него метан и воду. Это очень распространённые по всей нашей планете организмы: они могут жить даже в десятке километров под морским дном. Как теперь стало ясно, водород с углекислым газом вырываются из гидротермальных источников Энцелада в довольно больших количествах. Это известие породило у ряда учёных вполне определённые ожидания — найти на этом маленьком спутнике Сатурна жизнь.
Открытие это шокирующее не только из-за перспективы встретить простейших инопланетян. Сам жидкий океан Энцелада и гидротермальные источники на его дне создают загадку, на вид неразрешимую. Представьте, что вы идёте по тундре и вдруг встретили очень маленький чайник, из которого со свистом вырывается пар. Его настолько много, а кипит чайник так давно, что над всей этой местностью уже стоит туман. Причём он заполонил огромное пространство: сатурнианское кольцо Е в диаметре почти миллион километров, а ширина его — до 300 000 километров. Если чайнику 4,5 миллиарда лет — как, например, Земле, Луне или Марсу, — то он может всё ещё кипеть, только если он очень большой и очень горячий. Луна или Марс, скажем, меньше Земли и уже давно не кипят. Энцелад в 55 000 раз легче нашей планеты. Откуда на нём незамерзающие подлёдные океаны с солью?
Молодой и поэтому горячий?
В 2016 году было предложено довольно остроумное решение проблемы. С помощью того же гравиметра "Кассини" исследователи измерили жёсткость скалистого ядра Сатурна. Выяснилось, что она больше той, что ожидали астрономы. Жёсткость эта неразрывно связана со скоростью миграции спутников от планеты. Большинство лун Солнечной системы плавно удаляются от своих планет-хозяек — как Луна от Земли. Чем больше жёсткость планеты-хозяйки, тем меньше она деформируется под действием гравитации спутников. Из-за высокой жёсткости энергия гравитационного взаимодействия планеты и её спутников не так сильно тратится на деформацию планеты и в большей степени уходит на изменение орбит её лун.
Из этого следовал неожиданный вывод: все внутренние спутники Сатурна не могут существовать. Шестой планете 4,5 миллиарда лет, и при измеренной жёсткости её ядра они уже давно удалились бы от неё на миллионы километров. На практике этого нет даже близко — Энцелад к своей планете куда ближе, чем Луна к Земле. Вывод из этого получался простой: это тело не старше динозавров, ему всего сотня миллионов лет. В принципе, теоретически такие сценарии давно обсуждались. У больших планет так много спутников, что они могут периодически сталкиваться и разбивать друг друга на облако обломков. Со временем из них формируются новые спутники — но, поскольку при столкновениях обломки разогреваются, ядро новых тел куда теплее, чем было у старых.
Казалось, это удачно всё объясняет. Если маленький чайник кипит не 4,5 миллиарда, а 100 миллионов лет, то намного легче понять, почему он ещё не остыл, почему вода в нём не успела выкипеть. Яркий и чистый лёд — тоже логичный итог молодости Энцелада, ведь времени на накопление пыли у этого спутника Сатурна было очень мало.
Аномально горячий даже для молодого
Увы, простые и логичные схемы хороши на страницах статей и учебников, но не всегда выдерживают столкновение с суровой реальностью. Европейские исследователи проанализировали очередные наблюдения южного полюса Энцелада зондом "Кассини" в микроволновом диапазоне. Выяснилось, что лёд у трещин там аж на 20 кельвинов теплее, чем по всем расчётам должен быть.
Даже если Энцелад — ровесник тираннозавров, его подлёдный океан у южного полюса всё равно слишком тёплый, а лёд над ним — слишком тонкий. Обнаружилось, что его там считаные километры, быть может, всего пара. Да даже над озером Восток в Антарктиде лёд вдвое толще, чем над океаном Энцелада! Как так получается, если на этом спутнике минус 200, а тепла от недр Земли идёт куда больше, чем от 500-километрового ледяного тела? Возникли и другие неприятные вопросы. Почему океан есть у южного полюса спутника, а больше его нигде нет?
Астероид на разогреве
Чтобы объяснить аномалию, ещё одна группа учёных попробовала смоделировать, как вообще могло получиться, что океан глубиной от десятка километров возник у одного из полюсов и больше нигде не присутствует. Обнаружилось, что такой сценарий есть. Подобное могло случиться, если по спутнику ударил крупный астероид в десятки километров размером. При попадании такое тело даст взрыв эквивалентом в сотни миллионов или даже миллиарды мегатонн.
Образуется огромных размеров воронка, в которой будет явный дефицит массы. Удар расплавит окружающий водный лёд и сформирует океан. Плотность Энцелада выше плотности воды, и океан станет местом дефицита массы. Из-за такого дефицита ось вращения небесного тела начнёт смещаться, пока спутник не восстановит равновесие. Оно установится, лишь когда океан на месте воронки от катастрофического мегавзрыва будет у одного из полюсов.
Живительный пинок
Последствия удара для обитаемости сатурнианской луны оказались просто живительными. В водяном паре, вырывающемся из гейзеров, есть частицы диоксида кремния, попросту говоря песчинки. То есть вода взаимодействует со скалистым ядром спутника и берёт оттуда соли и самые разные элементы. Океан под тонким льдом Энцелада насыщен солями и простыми органическими веществами, он довольно тёплый — иначе в водяном паре не нашли бы водород. Он образуется в ходе серпентинизации — взаимодействия твёрдых пород вроде оливина с водой при значительной температуре. В этом процессе железо отнимает атомы кислорода у воды и высвобождает атомы водорода.
В коре Земли идут те же процессы, и метаногены — организмы, поглощающие водород и вырабатывающие метан — издревле таким водородом "питаются". То есть удар астероида дал далёкому телу шансы на обитаемость. Поскольку лёд там очень тонкий, у землян есть возможность со временем добуриться до местной жизни, если она уже успела возникнуть или была занесена с Земли.
Несчастливый конец
К сожалению, не всем повезло так, как Энцеладу. В 2016 году астрономы выяснили, что миллиарды лет назад на Марсе случилось нечто странное. В одном районе вдруг начались массированные извержения вулканов — настолько сильные, что образовали крупнейшую вулканическую провинцию в Солнечной системе. Она выступает километров на шесть выше окружающей её поверхности. Именно там находится и вулкан Олимп высотой более 20 километров — одновременно самая высокая гора и самый высокий вулкан среди всех известных человечеству.
Извержения, так же как и астероидная воронка на Энцеладе, перевернули Красную планету. С одной стороны на ней возник вулканический "нарост", массу которого учёные оценили в миллиард миллиардов тонн. От такого "перевеса" ось вращения планеты стала уклоняться в сторону и бывшие полюса оказались в тропиках. Льды оттуда начали испаряться, параллельно геомагнитное динамо планеты остановилось. По следам намагниченности в древних марсианских породах известно, что когда-то там было магнитное поле, замедлявшее потерю газов и водного пара из атмосферы. Будь их у Марса, как у Земли, — и процесс занял бы миллиарды лет. Но масса четвёртой планеты в десяток раз меньше, отчего лёгких элементов там и так был дефицит. Да и при гравитации в 0,38 земной удерживать их без магнитного поля не так просто.
После его исчезновения солнечный ветер постепенно лишил Красную планету как гидросферы, так и приличной атмосферы, способной согревать планету, как миллиарды лет назад. Одно мегаизвержение положило Марс на бок ("уронив" ось вращения) и избавило его от воды с лёгкими газами. Последствия нетрудно заметить и сегодня. Четвёртая планета хотя и находится в зоне обитаемости, но на поверхности никакой жизни там особо не видно. Если она и есть, то лишь на глубине.
Открытие поставило вопрос о том, чем была вызвана эта уникальная по длительности и силе серия извержений в одном и том же месте. Ответ на него ищут давно, и многое указывает, что виновник — астероид. Дело в том, что в другом полушарии Марса напротив вулканической провинции Фарсида лежит равнина Эллада. Она уходит на девять километров в глубину, а в диаметре — до 2300 километров. Чтобы понять масштаб, стоит добавить, что вся Красная планета в диаметре всего-то 6800 километров.
Область эта — шрам от попадания огромного тела, условно именуемого Элладой. Ещё в 1980-х была выдвинута гипотеза, по которой именно падение Эллады спровоцировало бурные и длительные извержения в районе Фарсиды, на другой стороне планеты. При попадании в небесное тело ударным волнам от взрыва в миллиарды мегатонн особо некуда деться, и в конечном счёте их "фокус" сходится на другой стороне планеты-мишени.
Крёстный отец или могильщик
Катастрофические удары астероидов меняли свои жертвы по-разному потому, что сами тела-мишени сильно различались. Энцелад был слишком далёким от Солнца и холодным, поэтому мегаудар разогрел его и подарил океан, который ещё долго не замёрзнет. Марс в несколько раз ближе к звезде, так что, оставшись из-за похожего удара без магнитного поля, он потерял атмосферу, унесённую солнечным ветром. Как мы видим, кому-то астероидный подогрев полезен, а кому-то и так довольно тепло. Бывает и третий вариант. Случись марсианская трагедия с Землёй, она бы её пережила, потому что наша планета массивнее Красной. Даже без магнитного поля её атмосферы и гидросферы хватило бы на миллиарды лет.
История о том, как астероид превратил тыкву ледяного Энцелада в карету с тёплым океаном, а с Марсом проделал ровно обратное, в очередной раз напоминает, какую судьбоносную роль играют такие тела в истории планет и спутников Солнечной системы. Пожалуй, землянам было бы неплохо следить за "камнями с небес" повнимательнее.
Материалы по теме:
"Кассини" нашёл на Энцеладе следы колыбели жизни
Титанические странности: что скрывает самое загадочное тело Солнечной системы?
Жёсткое ядро Сатурна "омолодило" его луны
Астрономы: Подлёдный океан Энцеладаа можно изучать с помощью зондов
Мощный астероидный удар запустил гейзеры Энцелада