Сложности поиска жизни на Энцеладе: виновата физика океана? Аппараты бессильны?

06 фев 2025, 21:53

Представьте себе бескрайний океан, скрытый под толщей льда. Океан, который, возможно, кишит жизнью… Но как её найти, если доступ к нему ограничен лишь тонкими струйками гейзеров, вырывающимися в космос? Именно с такой головоломкой столкнулись учёные, изучающие Энцелад, один из спутников Сатурна. И, похоже, разгадка оказалась не из простых.

Непростая «слойка» подледного океана

Энцелад давно привлекает внимание астробиологов. Этот небольшой ледяной мир выбрасывает в космос струи воды, прорывающиеся через трещины в его замерзшей коре. Казалось бы, вот он — шанс! Бери пробы и ищи следы жизни. Но недавнее исследование, опубликованное в Communications Earth and Environment, заставляет взглянуть на ситуацию под другим углом.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

В чём же дело? Ученые из Университета Рединга, используя компьютерное моделирование, обнаружили, что океан Энцелада, скорее всего, представляет собой не однородную массу воды, а сложную систему слоёв, подобно несмешивающимся жидкостям в банке. И вот тут-то и кроется загвоздка.

Сотни тысяч лет в «подводной ловушке»?

Представьте: где-то в глубинах Энцелада, возможно, у самого дна, где бьют гидротермальные источники, кипит жизнь. Микроорганизмы, необычные химические соединения — всё это могло бы стать неопровержимым доказательством существования внеземной жизни. Но…

«Эти естественные барьеры, слои воды с разной плотностью, могут удерживать частицы и химические следы жизни в глубинах океана на протяжении сотен тысяч лет», — объясняет Флинн Эймс, ведущий автор исследования. Раньше считалось что достаточно нескольких месяцев, чтобы «сигналы» с глубин поднялись на поверхность. А вы знали, насколько могут измениться химические соединения за такой огромный срок?

Вверху справа: Коэффициент теплового расширения (αT — °C-1), построенный как функция температуры (°C) и солености (г кг-1) при постоянном давлении, рассчитанный для Энцелада при средней толщине льда 20 км. Черная линия обозначает место, где αT меняет знак. Черная рамка со стрелками обозначает диапазон неопределенности для средней солености океана Энцелада (5-20 г кг-1), вычисленной по наблюдениям ледяных зерен кольца Е «Кассини». Красная пунктирная линия обозначает температуру замерзания воды (соответствующую температуре на границе раздела льдов). Серая штриховка обозначает замерзшую воду. Плотность воды рассчитывается по нелинейному уравнению. Схемы: Иллюстрация идеализированного океана под южнополярным ледяным панцирем Энцелада, либо полностью нестратифицированного (и, следовательно, конвективного; верхний левый), либо обратно стратифицированного из-за отрицательного αT (нижний левый и нижний правый). Там, где αT < 0, охлаждение от вышележащего льда делает воду более плавучей, а потепление от нижележащего ядра делает воду более плотной. При αT > 0 эти эффекты меняются на противоположные, и в результате наличие плавучей воды под более плотной вызывает конвективное опрокидывание (показано сплошными черными стрелками). Пунктирные стрелки обозначают величину предполагаемого приливного и либрационного перемешивания, параметризованного в данной работе как κz. Красные пунктирные линии обозначают перенос тепла за счет индуцированного перемешивания, достигаемый при том же донном тепловом потоке. Зеленые кружки обозначают гипотетические твердые частицы, не способные достичь нейтральной плавучести в условиях стабильной стратификации океана (светло-голубая штриховка), но увлекаемые конвекцией океана (темно-синяя штриховка). Обратите внимание, что эти схемы предполагают отсутствие других механизмов стратификации океана Энцелада. Цитирование: Ames, F., Ferreira, D., Czaja, A. et al. Ocean stratification impedes particulate transport to the plumes of Enceladus. Commun Earth Environ 6, 63 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02036-3
Автор: Ames, F., Ferreira, D., Czaja, A. et al. Источник: www.nature.com

Иными словами, даже если в недрах Энцелада и процветает жизнь, её следы могут попросту «не дожить» до поверхности, трансформировавшись или разрушившись по пути. То, что мы сможем «поймать» в гейзерах, может оказаться лишь бледной тенью того, что скрывается внизу.

Не только Энцелад: что скрывают другие океаны?

Это открытие имеет далеко идущие последствия. Ведь Энцелад — не единственный мир с подледным океаном. Подобные океаны, вероятно, существуют и на других спутниках планет-гигантов, таких как Европа (спутник Юпитера) или Титан (спутник Сатурна). Да и за пределами Солнечной системы, у далеких звезд, могут скрываться планеты с океанами, укутанными в ледяной панцирь.

Получается, что физические особенности этих океанов, их слоистая структура, могут стать серьёзным препятствием на пути поиска внеземной жизни. Даже если мы сможем взять пробы воды, вырывающейся на поверхность, мы рискуем получить искаженную картину, не отражающую истинного положения дел в глубинах.

Численные решения с эффективной вертикальной диффузией κz = 10-3 м2 с-1 для трех различных средних соленостей океана 5 (вверху), 17,5 (в середине) и 22,5 (внизу) г кг-1, что подчеркивает три контрастных режима стратификации. Обратите внимание, что шкалы цветных полос насыщены и отличаются друг от друга. Первая колонка: Аномалия солености (г кг-1), отнесенная к средней солености. Второй столбец: Аномалия потенциальной температуры (°C), взятая относительно эталонной температуры моделирования Tref (температура замерзания, рассчитанная при средней толщине льда 20 км), равной -0,433 (вверху), -1,106 (в середине) и -1,379 (внизу) °C. Третья колонка: Штриховка показывает частоту плавучести N2 (с-2), указывающую на стратификацию. Контуры показывают аномалию потенциальной плотности (10-3 кг м-3) относительно опорной плотности океана ρ0, равной 1008,984 (вверху), 1015,029 (в середине) и 1019,065 (внизу) кг м-3. Потенциальная плотность здесь рассчитана с использованием опорного давления Pref, оцененного на границе раздела океан-лед. Четвертая колонка: Идеальный возраст трассеров (годы), взятых со дна океана. Цитирование: Ames, F., Ferreira, D., Czaja, A. et al. Ocean stratification impedes particulate transport to the plumes of Enceladus. Commun Earth Environ 6, 63 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02036-3
Автор: Ames, F., Ferreira, D., Czaja, A. et al. Источник: www.nature.com

Что дальше? Новые подходы к поиску

Значит ли это, что поиски жизни на Энцеладе и подобных ему мирах обречены на провал? Конечно, нет! Просто теперь ученым придется проявить еще больше изобретательности. Будущим космическим миссиям, как подчеркивает Флинн Эймс, нужно будет «проявлять особую осторожность» при отборе проб.

Возможно, потребуются новые методы анализа, способные распознать даже сильно измененные биологические сигнатуры. А может быть, придется искать способы «заглянуть» глубже, исследуя не только поверхностные выбросы, но и саму ледяную кору.

Честно говоря, задача усложнилась. Но, с другой стороны, разве не это делает науку такой захватывающей? Каждая новая загадка — это вызов, стимул к новым открытиям и, возможно, к самому важному открытию в истории человечества — доказательству того, что мы не одиноки во Вселенной.

Опубликовано: Мировое обозрение Источник