биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Дикий-дикий космос

[5 октября, 2016 г.]

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Космос — последний рубеж неизведанного. В ХХ веке этот рубеж значительно сократился: космические телескопы позволили заглянуть в глубины нашей галактики, а межпланетные аппараты предоставили колоссальный объем данных о Солнечной системе. Наконец, в ХХI веке у человечества появилась возможность ответить на вопрос: одни ли мы во Вселенной? Насколько мы приблизились к ответу — читайте в этом обзоре.

Разумный космос

Обратите внимание!

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2016.


Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!


Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас».

С древнейших времен человечество представляло космос обитаемым: за краем света жили великаны и неведомые животные, небесные сферы занимали божества, а где-то под землей располагалось царство мертвых, населенное нечистью. Сегодня мы знаем, что космос почти полностью состоит из вакуума, пронизанного радиоактивным излучением. Вера в пришельцев вызывает насмешки, а Земля считается единственным оплотом жизни на многие и многие световые года вокруг. «Одни ли мы во Вселенной?» в эру технологического прогресса превратилось в «Почему мы одни во Вселенной?».

И уверенность человечества в своем космическом одиночестве не безосновательна. Поиск внеземной жизни ведется с 1960-х. За это время было множество попыток принять радиосигналы от инопланетян или же, наоборот, отправить им сообщение. В 1960 году Корнуэльский институт завершил проект Ozma — первую в своем роде попытку прислушаться к радиосигналам, идущим от ближайших к Солнцу звезд. За 200 часов наблюдений в течение четырех месяцев не было замечено ни одного искусственного сигнала.

На последовавшей в 1961 году конференции руководитель проекта Фрэнк Дрейк сформулировал уравнение для оценки числа планет, готовых связаться с нами (рис. 1). Уравнение Дрейка крайне просто: в нем перемножаются вероятности возникновения всех предпосылок космического контакта. Несмотря на то, что оно активно обсуждается в научной литературе, большая часть его параметров все еще неизвестна [1, 2]. Из-за этого оценки количества технологически развитых планет в обозримом космосе колеблются от 0 до 5000.

Уравнение Дрейка

Рисунок 1. Уравнение Дрейка. N — число цивилизаций в Млечном пути, способных с нами связаться. R* — скорость образования звезд, в чьей системе может возникнуть жизнь. fp — доля таких звезд, обладающих планетными системами. ne — среднее число планет с пригодными для жизни условиями в таких системах. fl — доля обитаемых планет среди пригодных для жизни. fi — доля обитаемых планет, на которых развилась разумная жизнь. fc — доля цивилизаций, сигнализирующих о своем существовании. L — время, в течение которого разумные цивилизации продолжают сигнализировать о своем существовании. Рисунок с сайта www.seti.org.

Сигнал пульсара CP1919

Рисунок 2. На обложке альбома Unknown Pleasures группы Joy Division изображена запись последовательных сигналов пульсара CP1919. До выяснения их истинной природы строгая регулярность сигналов считалась признаком рукотворности, а их источник был назван LGM-1 — Little Green Men. Рисунок с сайта www.tshirtgifter.com.

Последующие попытки связаться с инопланетянами тоже остались без результата. В 1970-х был запущен проект Оzma-II, но четырехлетнее наблюдение за 674 звездами ни к чему не привело [3]. Порой ученые ошибочно трактовали некоторые сигналы как инопланетные послания. Так, за сигналом от открытого в 1967 году пульсара (рис. 2) закрепилось полушутливое название LGM-1 — Little Green Men («Маленькие зеленые человечки») [4]. Впоследствии за открытие пульсаров была присуждена Нобелевская премия по физике 1974 года.

На данный момент самый вероятный кандидат в инопланетные послания — Wow!-cигнал, зафиксированный на радио-телескопе «Большое Ухо» в Огайо. Телескоп в течение 72 секунд наблюдал не содержащей какой-либо информации сигнал необычайно высокой интенсивности, идущий из созвездия Стрельца [5]. С тех пор сигнал не повторялся, и никому не удалось объяснить его природу. На всякий случай в 2012 году был отправлен радио-ответ на Wow!-сигнал, содержащий 10 000 твитов [6].

Радиомолчание гипотетических инопланетян заставляет усомниться в оптимистичных оценках числа космических цивилизаций. Если только в нашей галактике существует более 5000 цивилизаций, способных к контакту, почему они не выходят на связь? Существует множество гипотез по этому поводу. Согласно одной из них, инопланетяне считают ниже своего достоинства связываться с планетой, только-только освоившей ракетостроение. Возможно, инопланетяне используют непривычные нам средства связи: лазеры или нейтрино вместо радиоволн. Пессимисты же утверждают, что все технически продвинутые цивилизации живут слишком мало и не успевают сообщить миру о своем существовании.

Жизнь на Земле

Тогда как возникновение развитых инопланетных цивилизаций остается темой околонаучных дискуссий, астробиологи — ученые, изучающие альтернативные способы организации жизни, — способны вести весьма предметные и подкрепленные данными споры о внеземной жизни. Наблюдая за земными объектами, ученые пытаются отделить предпосылки развития жизни от следствий (видео). На сегодня существует целый ряд теорий биогенеза, некоторые из которых особенно убедительны.

Дискуссия «Что было в начале?» в Клубе нерешенных вопросов Политехнического музея. Александр Былинкин, научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий Московского физико-технического института, и Антон Чугунов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории моделирования биомолекулярных систем Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, обсуждают возникновение Вселенной и жизни на Земле.

Самая первая теория абиогенеза, составленная Александром Опариным и Джоном Холдейном в 1920-х, гласит, что для появления жизни необходимо следующее: восстановительная атмосфера и источник энергии (свет, разряды молний и т.п.). Этого вполне достаточно, чтобы запустить химическую эволюцию — процесс образования и концентрации сложной органики из простых веществ.

Гипотеза Опарина была подтверждена экспериментом Миллера-Юри в 1953 году, в котором был смоделирован первичный бульон. В экспериментальной установке из метана, аммиака, водорода и воды удалось получить аминокислоты, из которых состоят все земные организмы (рис. 3). И хотя выход синтеза составил лишь миллиграммы вещества, эксперимент явно доказал возможность химической эволюции [7, 8].

Установка из эксперимента Миллера

Рисунок 3. Установка из эксперимента Миллера, моделирующая условия Земли на заре жизни. Колба-океан нагревается, и водяные пары поднимаются в колбу-атмосферу, наполненную метаном, аммиаком и водородом. Через атмосферу регулярно пропускается искра-молния. Конденсат-дождь опять стекает в океан, и цикл повторяется. Рисунок из «Википедии».

C 1950-х было проведено множество подобных экспериментов: как успешных, так и не совсем [9]. В целом же наука о происхождении жизни получила большой толчок. Стали известны подробности химической эволюции, благодаря которым можно попробовать воспроизвести этот процесс.

Объем накопленных знаний позволил составить новые теории биогенеза*.

* — ...и опубликовать несколько замечательных книг, своеобразно и вдумчиво трактующих накопленный фактический материал о заре биологической эволюции. Одна из них — «Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции» Евгения Кунина, известного вирусолога, биоинформатика, эволюционного биолога и т.д. Автор рассуждает об эволюции с позиций сравнительной геномики и системной биологии, строит смелые, но основанные на результатах сопоставления огромных массивов геномов и экспрессионных характеристик, модели появления клеток и прокладки эволюционных магистралей, колец, стёжек и мостов. Если вольно трактовать изложенное автором, то геномная революция, начавшаяся в конце XX века, позволила, с одной стороны, реконструировать генные наборы древних форм жизни, а с другой — с почестями заформалинить викторианские (дарвиновские) взгляды на эволюцию и их позднейшие синтетические апдейты, поставить вопрос о спиливании красивого и правильного Древа жизни и вскрыть халтурное естество эволюции: мало предсказуемости, постепенности и последовательности, много разных шаблонов и случайностей. На подходе Третий эволюционный синтез... Предлагаем познакомиться с рецензиями на книгу [10], ну и с самой книгой, конечно.

Рецензию на другую книгу — «Происхождение жизни. От туманности до клетки» Михаила Никитина, тоже эволюционного биолога и популяризатора науки, — публиковала «биомолекула» [11]. Автор этой колоссальной по информативности книги начинает повествование с этапа образования Солнечной системы и продвигается к рождению клетки, последовательно препарируя все более-менее правдоподобные гипотезы происхождения жизни. И всё это — без знакомого многим со школы нафталинового душка, информация самой что ни на есть первой свежести. — Ред.

Так, сегодня крайне популярна теория цинкового мира за авторством Армена Мулкиджаняна. Согласно этой теории, жизнь возникла в горячих минеральных источниках, а не в морских водоемах. Во-первых, в океане сложно достичь высокой концентрации органики. Во-вторых, перепады температур и концентраций в каплях гейзера или лужах позволяют протекать циклическим реакциям. В-третьих, пористые камни в термальных источниках сорбируют органику, позволяя протекать гетерогенным реакциям [12]. Наконец, некоторые минеральные воды богаты растворимым Zn2+ и нерастворимым ZnS. Первый — частый напарник жизненно необходимых ферментов любых земных организмов, а второй при определенных условиях опосредует фотосинтез [13, 14].

Но хотя теория цинкового мира гораздо правдоподобней остальных, это вовсе не означает, что другие теории принципиально неверны. Верно, что жизнь на Земле возникла каким-то одним образом, но при ином стечении обстоятельств химическая эволюция могла бы идти и по альтернативным сценариям.

Планеты-близнецы

На стадии химической эволюции определяются кирпичики, из которых будет строиться вся жизнь на планете. Есть ли какой-то магистральный путь химической эволюции или же ее результат так же сложно предсказать, как и результат биологической?

Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты почти целиком состоят всего из четырех элементов таблицы Менделеева: водорода (H), углерода (С), кислорода (O) и азота (N). Эти же элементы одновременно являются и одними из самых распространенных как в солнечной системе, так и во Вселенной — биогенный материал присутствует в космосе практически повсеместно.

Пока что нам известен только один набор условий, в которых из простых химических соединений может зародиться жизнь. В наиболее общем варианте он подразумевает:

  • оптимальное расстояние до звезды и застывшую поверхность: на планете должна существовать жидкая вода;
  • достаточно большой размер: планета должна удерживать атмосферу для температурного режима и защиты от радиации;
  • расплавленное ядро, создающее магнитное поле для защиты от радиации.

Как часто в масштабах космоса встречаются теплицы жизни, подобные Земле? Астрономы ищут планеты, лежащие вне Солнечной системы в попытке ответить на этот вопрос*. Первая экзопланета была открыта в 1989 году, к концу ‘90-х ежегодно появлялись данные уже о сотнях новых экзопланет, а в 2014 счет пошел уже на тысячи. Сегодня известно более 7500 экзопланет, из которых 20 находятся в так называемой зоне обитаемости своих звезд. Большинство новых экзо-Земель были найдены с помощью космической обсерватории Kepler, запущенной в 2009 году (рис. 4) [15].

* — О том, как ведут поиск экзопланет, подробно и интересно рассказано в статьях: «В поисках новой Земли. Как астрономы ищут планеты за пределами Солнечной системы» и «Как ищут чужие планеты?» [16, 17]. Также мы рекомендуем посмотреть великолепный видеокурс астрофизика Сергея Попова из 12 лекций об экзопланетах на портале «ПостНаука». — Ред.

Экзопланеты, обнаруженные телескопом Kepler

Рисунок 4. Обнаруженные космическим телескопом Kepler экзопланеты, находящиеся в зоне обитаемости своих звезд. Рисунок из [15].

Самая пригодная для жизни планета — Kepler-442 b. В 2015 году в рейтинге самых пригодных для жизни планет нашей галактики Kepler-442 b (индекс обитаемости 0,836) даже обогнала Землю (0,829) [18].

Kepler-442 b массивней Земли в 2,3 раза и в 1,3 раза больше, что означает повышенную гравитацию. От своей звезды она получает на 30% меньше энергии, чем Земля от Солнца. Год на Kepler-442 b длится около 110 дней. Больше ничего о ней не известно — даже длины суток.

К сожалению, эта планета отстоит от нас на 1120 световых лет, что слишком далеко не только для космического перелета, но и для наблюдения за поверхностью. Kepler-442 b пока сохраняет режим радиомолчания, несмотря на попытки SETI засечь сигнал. Возможно, из-за сильного солнечного ветра на Kepler-442 b так и не зародилась жизнь. Возможно, обитатели Kepler-442 b только недавно открыли радио и их сообщение уже летит к нам через галактическую пустоту.

С каждым годом список землеподобных экзопланет растет все быстрее. В декабре 2017 года NASA запускает Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), который будет искать землеподобные планеты у ближайших звезд [19]. Самые перспективные находки будут дополнительно изучены с помощью James Webb Space Telescope (JSWT), чей запуск запланирован на 2018 год. JSWT сможет определять состав инопланетных атмосфер, что позволит уточнить пригодность экзопланет для жизни [20].

Благодаря работе Kepler, мы уже знаем, что у 10–20% звезд Млечного пути есть планеты земного размера в зоне обитаемости [21]. Это вселяет надежду, что мы не так одиноки в нашей галактике, как кажется на первый взгляд, и что грядущим миссиям удастся это подтвердить.

Кремниевые долины

Жизнь на экзопланетах, несмотря на большое сходство физических условий, может принципиально различаться. Вся земная жизнь состоит из углеродной органики. В то же время сама земная кора состоит только на <0,1% из углерода и на 28% из его химического близнеца — кремния [22]. Удивительно, почему при такой доступности кремния земная жизнь пользуется им только эпизодически, например, для создания панцирей одноклеточных водорослей.

Почему же природа так несправедлива к кремнию? Возможно, никакой несправедливости и нет, но есть углеродные кулики, не видевшие ничего, кроме своего углеродного болота. Хотя в фантастике часто встречаются разумные кристаллы или каменные великаны, в реальности существует ряд химических особенностей кремния, мешающих существованию этих чудесных форм жизни.

Прежде всего, атом кремния больше и поэтому хуже притягивает электроны, обеспечивающие химическую связь. Из-за этого многие вещества на основе кремния крайне нестабильны. Силаны — аналоги углеводородов — разлагаются при контакте с водой. В богатой кислородом атмосфере соединения кремния легко окисляются до твердого кремнезема SiO2, из-за чего кремний быстро уводится из глобального цикла элементов. Углеродные соединения же, во-первых, окисляются не так просто, а во-вторых, при сгорании переходят в газообразный и легкодоступный СО2.

Большой размер атома Si также вызывает геометрические затруднения, что означает меньшее разнообразие тонких молекулярных структур [23]. Непопулярность кремния как базы для биополимеров подтверждают и эмпирические данные: в межзвездном пространстве находят такие соединения углерода как бензол, ацетон, этиленгликоль, этан, тогда как самое сложное кремниевое вещество — SiH4 [24].

На данный момент исследований, посвященных кремниевой биологии, крайне мало. И в них, как правило, не ведется поиск фантастической альтернативы земной жизни. Кремний обычно фигурирует в гораздо более приземленных, прикладных работах, посвященных трансплантологии или органическому синтезу. Одно из последних значимых достижений в области кремний-биологии — создание на базе цитохрома-С фермента, образующего углеводороды в Si–C связью [25].

В итоге, теоретические обоснования и наблюдения за мертвым космосом показывают, что кремниевая жизнь крайне маловероятна, и наш углеродный шовинизм во многом оправдан. Если где-то и может возникнуть кремниевая жизнь, то только в невероятно холодном, безводном и беcкислородном космосе. На Земле же аргумент «Si находится ровно под С в таблице Менделеева» ничего не значит.

Мир экстремалов

Повсеместно встречается утверждение, что на Земле условия для развития жизни если и не идеальные, то крайне благоприятные. При этом подразумевается, что в каких-либо других, отличных условиях, жизнь в принципе не может зародиться.

Представления человечества о распространенности жизни неоднократно пересматривались. Вплоть до изобретения микроскопа натуралисты могли только догадываться о существовании микромира. Великие путешественники показали, что даже самые холодные скалы, самые знойные пустыни на краю света населены весьма сложными организмами. В XX веке были обнаружены целые экосистемы, живущие без света, были подробно описаны микроорганизмы, способные переносить экстремальные условия, жить во льду, в кипятке, в сверхкислой или практически безводной среде и питаться радиацией.

Хотя экстремофилы являются очень древними и генетически консервативными организмами, все они произошли от мезофилов, предпочитающих более мягкие условия. Дело в том, что защита от жесткой окружающей среды обеспечивается весьма непростыми молекулярными механизмами, а первые организмы, скорее всего, были очень простыми. Таким образом, первичность экстремофилов крайне сомнительна [26].

Некоторые астробиологи полагают, что даже если жизнь не может возникнуть в экстремальных условиях, это вовсе не помеха ее существованию на «неблагоприятных» планетах. Во-первых, в геологическом прошлом планеты вполне могли быть долгие периоды мягких условий. А во-вторых, никто пока не знает, насколько хорошо межпланетный перенос вещества способствует распространению жизни по вселенной. С одной стороны, отдельные бактерии (или даже многоклеточные животные) особенно хорошо переносят условия холодного и безжалостного космоса к великой радости сторонников гипотезы панспермии. Из-за опасений, что некоторые формы жизни могут выжить и успешно размножиться на других планетах, космические аппараты перед полетом тщательно дезинфицируют. С другой — даже экстремофилы обладают чувством кворума и требуют особых ростовых факторов, вырабатываемых другими бактериями [27, 28]. Это значит, что они могут вернуться к жизни только в привычной для себя экологической нише. Тогда как живучесть отдельных представителей Земли не вызывает сомнений, выживание целого бактериального сообщества на метеорите кажется маловероятным.

В любом случае даже на Земле полно любителей неземных условий жизни. И сегодня астробиологи могут назвать ряд мест в нашей Солнечной системе, где могут существовать целые экосистемы, построенные по принципу земных экстремофилов или же по каким бы то ни было иным принципам.

Рассмотрим подробнее некоторые из них.

Марс

Марс — основной претендент в обители внеземной жизни. Он, так же как и Земля, находится в зоне обитаемости Солнца. С 1970-х на его поверхности работали семь исследовательских станций и марсоходов, но однозначного ответа на вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?» пока нет.

Сегодня красная планета покрыта песчаными пустынями, ее атмосфера в сто раз тоньше земной, а на поверхности можно встретить сухой лед. Зарождение жизни на голых камнях под мощными дозами космической радиации и правда маловероятно.

Но Марс не всегда был таким, каким мы его знаем сейчас. Еще 3,5 млрд лет назад на этой планете были океаны, извергались вулканы, водные потоки вытачивали каньоны. Эпоха жидкой воды на Марсе прекратилась 1 млрд лет назад. Причина этому — малый размер планеты: слабая марсианская гравитация не смогла удержать атмосферу, из-за чего большая часть воды испарилась в космическое пространство, и только 13% сформировали ледники на полюсах. В это же время недра Марса остыли, что означало конец геологических процессов [29].

Один из аргументов в пользу обитаемости древнего Марса — бактериоподобные отложения в метеоритах, прилетевших к нам с красной планеты (рис. 5) [30]. Можно представить, что с одним из таких метеоритов на Землю была занесена первая жизнь. В таком случае, все мы — немного марсиане. Конечно, эти отложения не позволяют сделать такой громкий вывод, но они однозначно заставляют задуматься о биологическом прошлом красной планеты. Если же такое прошлое у Марса и правда было, то в подземных водохранилищах вполне могли сохраниться его остатки.

Метеорит ALH84001

Рисунок 5. Электронная микрография скола метеорита ALH84001, прилетевшего с Марса. а — Яйцевидные образования напоминают по форме и размеру нанобактерий из известняка [31] и травертина. б — Продолговатые формы в другом участке метеорита также похожи на бактерий. Рисунок из [30].

Напрямую жизнь на Марсе искали только в далеких 1970-х, когда станция Viking-I провела противоречивый анализ грунта. С одной стороны, грунт подавал признаки фотосинтеза, газообмена и питания при увлажнении. Что особенно интересно, нагревание или охлаждение понижало и необратимо устраняло эти эффекты, подобно тому, как стерилизация убивает бактерии. С другой — в грунте не было найдено следов органики, и обнаруженные эффекты приписали неорганическим катализаторам. Как выяснилось после миссии Phoenix в 2007 году, сложная марсианская органика могла быть уничтожена при пробоподготовке к анализу из-за окисления перхлоратом грунта при высоких температурах. В свете этих новых данных следы хлорметана в пробах «Викинга» перестали рассматривать просто как загрязнение с Земли [32].

Помимо неудавшегося анализа «Викинга-1», существуют еще несколько косвенных признаков обитаемости Марса. Один из них — внезапный выброс метана в атмосферу Марса, который в 2012 году обнаружил марсоход Curiosity [33]. В свою первую марсианскую осень Curiosity засек в кратере Гейл резкое повышение концентрации метана с обычных 0,7 млрд−1 до 7 млрд−1. Наличие метана на Марсе не было неожиданностью: он был обнаружен еще в 2003 году. Тогда его присутствие в атмосфере объясняли неорганическими реакциями. Один из возможных путей синтеза метана на Марсе: газообразный H2, высвободившийся при радиолизе воды, вступает в процесс Фишера-Тропша с СО [34]. Необычным был десятикратный скачок концентрации этого газа.

Ученые выдвинули три гипотезы, объясняющие это явление. Самая волнующая из них — присутствие на Марсе микроорганизмов-метаногенов. Альтернативы инопланетной жизни: сезонное испарение сконденсированного в грунте метана или случайный выброс из подземного скопления газа. К 2016 году «Курьесити» так и не зафиксировал подобных случаев, что опровергает версию о сезонных выбросах [35].

Вопрос об обитаемости Марса до сих пор не решен, но в 2016 году стартовала совместная российско-европейская миссия «Экзомарс», одна из целей которой — поиск следов жизни как на поверхности, так и в недрах планеты. Будем надеяться, что «Экзомарс» положит конец полувековой неопределенности.

Остальные планеты

Тогда как общую оценку обитаемости Марса можно сформулировать как «Там вполне может быть что-то», про остальные планеты нашей системы можно сказать в лучшем случае «Мы понятия не имеем, возможна ли там жизнь».

В основном, это связано с малым объемом данных. Не всем планетам повезло стать такими удобными для исследования объектами, как Марс. Полеты к нему можно совершать каждые 26 месяцев, условия на его поверхности достаточно мягкие, чтобы обеспечить длительную работу оборудования, а близость к Земле означает сравнительную простоту расчетов [36]. Но, несмотря на эти преимущества, лишь половина всех миссий, направленных к Марсу, оказалась успешной. С остальными планетами все гораздо хуже.

Меркурий

Данных о Меркурии катастрофически мало. В 1975 году Mariner-10 совершил три пролета около него и снял половину поверхности [37]. До 2011 года это был единственный космический аппарат, исследовавший Меркурий.

Изучению этой планеты мешает ее недоступность. Выход на орбиту Меркурия — сложная расчетная задача. Так, полет межпланетной станции Messenger длился 6,5 лет (2004–2011) и потребовал шесть гравитационных маневров, чтобы замедлить аппарат при сближении с Солнцем.

На сегодня известно, что Меркурий лишен атмосферы и одни сутки на нем равны 59 земным. Это приводит к тому, что поверхность Меркурия остывает до −180 °С ночью и раскаляется до +465 °С днем. Сложно представить жизнь, которая бы могла приспособиться к подобным перепадам температуры [38].

Тем не менее Меркурий обладает мощным магнитным полем, и условия на его поверхности отнюдь не так жестки, как на следующей планете.

Венера

Среднее расстояние от Земли до Венеры при сближении — 41 млн км, тогда как среднее расстояние до Марса — 78 млн км, а минимальное — 56 млн км. Венера — самая близкая к Земле планета, и это поспособствовало отправке множества межпланетных станций как на орбиту, так и на поверхность второй планеты.

Венера, в отличие от Марса, не попадает в зону обитаемости Солнца, что весьма справедливо. Из всех планет нашей системы именно Венера больше всего похожа на ад. При средней температуре +470°С на Венере можно было бы выплавлять не только олово, но и свинец с цинком. Атмосфера этой планеты состоит преимущественно из СО2 и в 90 раз плотнее земной. Вдобавок здесь регулярно идут дожди из серной кислоты и извергаются вулканы [39].

Рекорд пребывания на поверхности принадлежит аппарату «Венера-13», который продержался 127 минут (рис. 6) [40].

Фото поверхности Венеры

Рисунок 6. Фото поверхности Венеры, сделанные «Венерой-13» в 1982 году. Некоторые считают, что на них запечатлена растительность (выделено белым). Рисунок из [50].

Казалось бы, ничто не может выжить в этом пекле, но первое впечатление может быть обманчивым. В прошлом климат Венеры был гораздо мягче, и на поверхности существовали водные океаны. Но со временем разогрев Солнца и обилие парниковых газов сделали Венеру такой, какой мы ее знаем.

На высоте 50 км от поверхности температура не поднимается выше 30—80°С, а давление — 1 атм. Несмотря на высокий уровень радиации и почти полное отсутствие воды, облака — самое благоприятное место для жизни на всей планете. Если на Венере когда-либо была жизнь, то сохраниться она могла только там [41].

В 2002 году на астробиологической конференции в Граце было высказано предположение, что H2S и SO2 в облаках Венеры произведены живыми организмами. Дело в том, что эти вещества не должны встречаться вместе, поскольку реагируют друг с другом. Так как H2S еще не израсходовался, должен существовать его какой-то пока неизвестный источник. Таким источником может быть биохимический процесс получения энергии:

CO + SO2 → CO2 + H2S

В свою очередь, H2S также может использоваться для фотосинтеза:

H2S + CO2 + hν → CH2O + H2O + S8

На земле за счет подобных процессов получают энергию обитатели морского дна и горячих источников. Сера, являющаяся продуктом этого фотосинтеза, может дополнительно использоваться для защиты от ультрафиолета.

Помимо H2S в атмосфере Венеры есть еще один крайне подозрительный газ — карбонилсульфид. Из-за высокой синтетической сложности на Земле это вещество считается биомаркером [42]. В целом, Венера подает никак не меньше признаков жизни, чем Марс. И все же она остается только номером два в списке космических агентств.

Газовые гиганты

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун считаются абсолютно безжизненными. Эти планеты-гиганты лишены твердой поверхности и состоят в основном из водорода и гелия. Их атмосфера полна бурь, где скорость ветра достигает 150 м/с, и постепенно переходит в океан жидкого водорода под огромным давлением [43].

Карл Саган предполагал, что на таких планетах жизнь может быть представлена гигантскими парящими организмами по несколько километров в диаметре, питающимися следами органики. Впрочем, ничто не подтверждает существование таких небесных китов, и последние четыре планеты Солнечной системы считаются безнадежно необитаемыми, в отличие от их спутников.

Спутники Юпитера и Сатурна

Вокруг Юпитера вращается 67 лун, вокруг Сатурна — 62 [43, 44]. Почти все они — просто большие холодные скалы. Но среди них также есть и несколько уникальных, особо подозрительных спутников, где может таиться инопланетная жизнь.

Европа — один из крупнейших спутников Юпитера, открытый еще Галилеем в начале XVII века. Европа — спутник-снежок (рис. 7). Ее поверхность покрыта толстым слоем льда, толщину которого пока даже нельзя оценить. Под этим льдом лежит океан жидкой воды, подогреваемый приливно-отливным воздействием Юпитера и горячим внутренним ядром [45].

Спутник Юпитера Европа

Рисунок 7. Спутник Юпитера Европа покрыт ледяной коркой, под которой скрыт жидкий океан. Жизнь на Европе может существовать как в глубинах океана, так и в расколах льда*. В 2020-х годах состоится миссия NASA по изучению Европы, в результате которой станут известны толщина льда, соленость океана и по возможности — его полный химический состав. Рисунок из [45].

* — О первом столкновении с представителями фауны на Европе в 2013 году снят довольно реалистичный научно-фантастический фильм «Европа» (Europa report). Портал Rotten Tomatoes дал фильму рейтинг 80% и назвал его медленным триллером, который вернул науку в научную фантастику. — Ред.

Заглянуть внутрь этого океана пока технически невозможно. Во-первых, для этого нужно мощное буровое оборудование. Во-вторых, сильное магнитное поле Юпитера направляет космическую радиациию как раз на орбиту Европы. В такой среде быстро портится любая электроника.

Чтобы избежать этого, в запланированной на 2020-е годы миссии по изучению Европы NASA выведет спутник на безопасную орбиту вокруг Юпитера (рис. 8). Оттуда космический аппарат совершит 45 пролетов над поверхностью ледяного спутника. Имеющееся на борту оборудование позволит определить толщину льда, а также объем и соленость внутреннего океана [46].

Извержение гейзера на Южном полюсе Европы

Рисунок 8. В 2012 году космический телескоп Hubble засек извержение гейзера на Южном полюсе Европы (синие квадратики — сигнал водяных паров). Если миссия NASA в 2020-х застанет одно из таких извержений, то станет известен полный химический состав подледного океана этого спутника Юпитера. Рисунок предоставлен NASA/ESA/L. Roth/SWRI/University of Cologne.

В солнечной системе есть еще спутники, похожие на Европу: например, спутник Нептуна Тритон или еще один спутник Юпитера — Каллисто. Но самый многообещающий двойник Европы — спутник Сатурна Энцелад. В отличие от Европы, на Энцеладе извержение гейзеров не такая уж и редкость. Эти извержения настолько обильны, что сформировали одно из колец Сатурна.

В рамках программы Discovery NASA идет конкурс проектов по полету на Энцелад, победитель которого будет объявлен в конце 2016 года. Запуск зонда запланирован на 2021 год: медлить нельзя, ведь гейзеры непостоянны, да и гравитационные маневры уже не сыграют на руку [47].

Еще один спутник Сатурна — Титан — поистине уникален. Это единственный кроме Земли объект в Солнечной системе, на поверхности которого есть реки и озера. Но состоят они не из воды, а из углеводородов, конденсирующихся при сверхнизких температурах. На Титане действуют криовулканы, извергающие «расплавленные» воду с аммиаком и метан. Также на этом спутнике есть плотная атмосфера и времена года. В общем и целом, Титан многим похож на Землю, только очень-очень холодную Землю. Гипотетически, на нем может быть жизнь, живущая за счет окисления водорода ацетиленом [48].

Эта гипотеза согласуется с данными о крайне низких концентрациях этих газов у поверхности спутника: вполне возможно, что их там поглощает нечто живое. Может, даже нечто клеточное: в 2015 году ученым удалось сконструировать аналог клеточной мембраны, стабильный при сверхнизких температурах и состоящий из встречающегося на Титане акрилонитрила [49].

Жизнь везде

Сейчас человечество переживает переломный момент. Объем накопленных знаний и наши технические способности позволяют целенаправленно искать жизнь на ряде объектов Солнечной системы. Последние 50 лет человечество упорно собирало данные о химии и физике космических соседей Земли. Эти данные легли в основу гипотез о том, как устроена жизнь за пределами нашей планеты. Настало время проверять эти гипотезы. В ближайшие 20 лет мы наконец-то узнаем, так ли уникальна жизнь на Земле. Любая достоверная находка станет сенсацией века.

Но пока что человечество не имеет и малейшего понятия, насколько широко распространена жизнь во Вселенной. Мы можем быть единственной обитаемой планетой во всей галактике, а может оказаться, что в каждой звездной системе есть жизнь: если не на планетах, так на их спутниках.

Литература

  1. Maccone C. (2011). A mathematical model for evolution and SETI. Orig. Life Evol. Biosph. 41, 609–619;
  2. Scharf C. and Cronin L. (2016). Quantifying the origins of life on a planetary scale. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 113, 8127–8132;
  3. Palmer P. and Zuckerman B. (1972). The NRAO Observer13, 26;
  4. Burnell S.J.B. (1977). Little green men, white dwarfs or pulsars? Ann. N. Y. Acad. Sci. 302, 685–689;
  5. O’Neill I. (2016). Alien ‘Wow!’ signal could soon be explained. Space.com;
  6. Humanity responds to ‘Alien’ wow signal, 35 years later. (2012). Space.com;
  7. Miller S.L. (1953). A production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science117, 528–529;
  8. Элементы: «Получены новые результаты старого эксперимента Стэнли Миллера»;
  9. Parker E.T., Cleaves J.H., Burton A.S., Glavin D.P., Dworkin J.P., Zhou M. et al. (2014). Conducting miller-urey experiments. J. Vis. Exp. 83, e51039;
  10. Элементы: «Кунин Евгений „Логика случая“. Рецензии»;
  11. биомолекула: «Рецензия. Михаил Никитин „Происхождение жизни. От туманности до клетки“»;
  12. биомолекула: «К вопросу о происхождении жизни»;
  13. Mulkidjanian A.Y. (2009). On the origin of life in the Zinc world: 1. Photosynthesizing, porous edifices built of hydrothermally precipitated zinc sulfide as cradles of life on Earth. Biol. Direct4, 26;
  14. Mulkidjanian A.Y. and Galperin M.Y. (2009). On the origin of life in the Zinc world. 2. Validation of the hypothesis on the photosynthesizing zinc sulfide edifices as cradles of life on Earth. Biol. Direct4, 27;
  15. Wall M. (2016). NASA finds 1,284 alien planets, biggest haul yet, with Kepler space telescope. Space.com;
  16. Боруха М. (2016). В поисках новой Земли. Как астрономы ищут планеты за пределами Солнечной системы. Life;
  17. Как ищут чужие планеты? (2016). Geektimes;
  18. Barnes R., Meadows V.S., Evans N. (2015). Comparative habitability of transiting exoplanets. Ap. J. 814, 91;
  19. Discovering new Earths and Super-Earths in the Solar neighborhood. TESS — Transiting Exoplanet Survey Satellite;
  20. Tweet Chat with Mark Clampin #1. James Webb Space Telescope;
  21. Dunbar B. (2015). Finding life beyond Earth is within reach. NASA;
  22. Morgan J.W. and Anders E. (1980). Chemical composition of Earth, Venus, and Mercury. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 77, 6973–6977;
  23. Dessy R. Could silicon be the basis for alien life forms, just as carbon is on Earth? Scientific American;
  24. Interstellar molecules. Goddard Space Flight Center NASA;
  25. Service R. (2016). Researchers take small step toward silicon-based life. Science;
  26. Cleaves H.J. and Chalmers J.H. (2004). Extremophiles may be irrelevant to the origin of life. Astrobiology4, 1–9;
  27. Kaeberlein T., Lewis K., Epstein S.S. (2002). Isolating «uncultivable»; microorganisms in pure culture in a simulated natural environment. Science296, 1127–1129;
  28. биомолекула: «Бактерии, молчать! Как и зачем вносить помехи в межклеточное общение»;
  29. Grotzinger J.P., Gupta S., Malin M.C., Rubin D.M., Schieber J., Siebach K. et al. (2015). Deposition, exhumation, and paleoclimate of an ancient lake deposit, Gale crater, Mars. Science350, aac7575;
  30. McKay D.S., Gibson E.K., Thomas-Keprta K.L., Vali H., Romanek C.S., Clemett S.J. et al. (1996). Search for past life on Mars: possible relic biogenic activity in martian meteorite ALH84001. Science273, 924–930;
  31. биомолекула: «Бактерии из мéла»;
  32. Navarro-González R., Vargas E., de la Rosa J., Raga A.C., McKay C.P. (2010). Reanalysis of the Viking results suggests perchlorate and organics at midlatitudes on Mars. J. Geophys. Res. 115, E12010;
  33. Webster C.R., Mahaffy P.R., Atreya S.K., Flesch G.J., Mischna M.A., Meslin P.-Y. et al. (2015). Mars methane detection and variability at Gale crater. Science347, 415–417;
  34. Holm N.G., Oze C., Mousis O., Waite J.H., Guilbert-Lepoutre A. (2015). Serpentinization and the formation of H2 and CH4 on celestial bodies (planets, moons, comets). Astrobiology15, 587–600;
  35. Howell E. (2016). Mysterious Mars methane spike not a seasonal event. Space.com;
  36. Wall M. (2012). Why do we keep going back to Mars? Space.com;
  37. NASA Facts: Mariner to Mercury, Venus and Mars. Jet Propulsion Laboratory NASA;
  38. A dispatch from planet Mercury: the Messenger mission. Goddard Space Flight Center NASA;
  39. Williams D.R. (2016). Venus fact sheet. Goddard Space Flight Center NASA;
  40. Surkov Y.A., Barsukov V.L., Moskalyeva L.P., Kharyukova V.P., Kemurdzhian A.L. (1984). New data on the composition, structure, and properties of Venus rock obtained by Venera 13 and Venera 14. J. Geophys. Res. 89, 8393–8402;
  41. Schulze-Makuch D. and Irwin L.N. (2002). Reassessing the possibility of life on Venus: proposal for an astrobiology mission. Astrobiology2, 197–202;
  42. Schulze-Makuch D., Grinspoon D.H., Abbas O., Irwin L.N., Bullock M.A. (2004). A sulfur-based survival strategy for putative phototrophic life in the venusian atmosphere. Astrobiology4, 11–18;
  43. Williams D.R. (2016). Jupiter fact sheet. Goddard Space Flight Center NASA;
  44. Williams D.R. (2016). Saturn fact sheet. Goddard Space Flight Center NASA;
  45. Greenberg R. (2011). Exploration and protection of Europa’s biosphere: implications of permeable ice. Astrobiology11, 183–191;
  46. Europa mission. Jet Propulsion Laboratory NASA;
  47. Tsou P., Brownlee D.E., McKay C.P., Anbar A.D., Yano H., Altwegg K. et al. (2012). LIFE: life investigation for enceladus a sample return mission concept in search for evidence of life. Astrobiology12, 730–742;
  48. McKay C.P. and Smith H.D. (2005). Possibilities for methanogenic life in liquid methane on the surface of Titan. Icarus178, 274–276;
  49. Stevenson J., Lunine J., Clancy P. (2015). Membrane alternatives in worlds without oxygen: Creation of an azotosome. Sci. Adv. 1, e1400067;
  50. Ksanfomality L.V. (2014). Hypothetical plants found at landing sites of venera-13 and venera-14 probes. J. Global Biosci. 3, 464–472.

Автор: Галкин Федор.

Число просмотров: 469.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Мнения»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.