Может ли в океане Европы быть жизнь? Как земной эксперимент объяснил странное поведение перекиси водорода на спутнике Юпитера

21 июл 2025, 22:57

Представьте себе ледяной мир, испещрённый трещинами, под которыми, возможно, плещется гигантский солёный океан. Это Европа, спутник Юпитера — один из главных кандидатов на поиск внеземной жизни в нашей Солнечной системе. И вот, совсем недавно, космический телескоп «Джеймс Уэбб» подкинул учёным загадку, которая поначалу казалась досадным противоречием, а в итоге может стать ключом к пониманию обитаемости этого мира.

В центре этой истории — простое и знакомое нам вещество: перекись водорода (H₂O₂). Но на Европе она ведёт себя крайне странно.

Вольная интерпретация вида поверхности Европы
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Загадка экватора: когда наука говорит одно, а телескоп — другое

Многие десятилетия учёные были уверены: если на Европе и есть перекись водорода, то искать её нужно на полюсах. Логика проста: в ледяной полярной пустыне, где царит вечный холод, летучие соединения вроде перекиси буквально «вмораживаются» в поверхность и могут сохраняться очень долго. Экватор же, по меркам Европы, — место тёплое и динамичное. Любая перекись там должна была бы быстро разрушиться.

Каково же было удивление астрономов, когда «Джеймс Уэбб» прислал данные. Всё оказалось с точностью до наоборот. Самые высокие концентрации перекиси водорода были обнаружены не на холодных полюсах, а в хаотичных, изломанных ландшафтах тёплого экватора, в так называемой Области Тары.

Это был настоящий научный парадокс. Данные наблюдений вступали в прямое противоречие с устоявшимися лабораторными моделями. Что-то явно было упущено.

(а) Появление полосы поглощения H₂O₂ на 3.5 μm после облучения пленки чистого водяного льда толщиной 2.8 μm при 70 K электронами с энергией 10 keV до флюенса 1.5 x 10¹⁶ e⁻ cm⁻². Полиномиальный континуум (пунктирная синяя кривая) вычитается из спектра после облучения для получения асимметричного поглощения (заштрихованная синим область). (б) То же, что и на панели (а), но для пленки водяного льда схожей толщины, содержащей 2.5% CO₂. Интегральная площадь поглощения после вычитания континуума более чем в 2.5 раза больше для пленки, легированной CO₂, по сравнению с пленкой чистого водяного льда. Спектры смещены по вертикали для наглядности.
Автор: Bereket D. Mamo et al 2025 Planet. Sci. J. 6 170 Источник: iopscience.iop.org

Главный подозреваемый: углекислый газ из глубин

Ключ к разгадке, как это часто бывает, лежал на виду. Исследователи заметили любопытное совпадение: там, где много перекиси, много и углекислого газа (CO₂). Но откуда на ледяной поверхности спутника взяться углекислому газу? Самая правдоподобная гипотеза — он просачивается изнутри. Через гигантские трещины в ледяной коре на поверхность попадают газы из того самого гипотетического подповерхностного океана.

Именно эта связь вдохновила команду учёных из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) на простой, но гениальный эксперимент. Что, если именно углекислый газ помогает перекиси водорода образовываться в неожиданных местах?

Две возможные модели внутреннего строения Европы
Автор: Latitude0116 Источник: commons.wikimedia.org

Европа в пробирке: как воссоздать чужой мир на Земле

Чтобы проверить свою догадку, учёные создали мини-Европу в лаборатории. Они взяли вакуумную камеру, охладили её до температур, царящих на поверхности спутника, и нанесли тонкий слой водяного льда, смешанного с небольшим количеством CO₂.

Но для химической реакции нужен источник энергии. На Европе эту роль выполняет мощнейшее магнитное поле Юпитера, которое постоянно бомбардирует поверхность спутника потоками заряженных частиц. В лаборатории эту космическую радиацию сымитировали пучком энергичных электронов.

И результат превзошёл все ожидания. Эксперимент показал, что даже ничтожные примеси углекислого газа в ледяной матрице действуют как катализатор, резко усиливая производство перекиси водорода. Химия на поверхности Европы оказалась сложнее и интереснее, чем предполагалось. Загадка «Джеймса Уэбба» была решена: перекись не «скапливается» на экваторе, она активно образуется там благодаря выходам CO₂ из недр.

(а) Схема сверхвысоковакуумной камеры, используемой для экспериментов по электронному облучению аналогов льда Европы. (б) Сдвиг резонансной частоты QCM во время совместного осаждения льда H₂O и CO₂ из специальных газовых дозаторов. Сначала мы конденсируем CO₂ [1] из дозатора с постоянной скоростью 0.25 +- 0.01 Hz s⁻¹ (увеличено на врезке). Затем мы подаем водяной пар [2] через второй дозатор, что увеличивает скорость осаждения до 4.8 +- 0.2 Hz s⁻¹. Когда пленка достигает необходимой толщины (2.8 μm, что соответствует сдвигу частоты ~21,000 Hz), мы сначала прекращаем осаждение газа H₂O [3] и кратковременно продолжаем конденсацию CO₂, чтобы убедиться, что конечная скорость осаждения CO₂ не отклонилась значительно от начального значения (<10%). Дозатор CO₂ отключается в момент [4]. Эта схема совместного осаждения с использованием нескольких газовых дозаторов и гравиметрии на основе QCM позволяет получать смешанные льды с точно заданным составом. В этой пленке CO₂ тесно перемешан с водяным льдом в концентрации 2.5% +- 0.1% (по числу частиц).
Автор: Bereket D. Mamo et al 2025 Planet. Sci. J. 6 170 Источник: iopscience.iop.org

От химии к жизни: почему это так важно?

Хорошо, загадку разгадали. Но почему это открытие вызывает такой восторг у астробиологов?

Дело в том, что этот процесс намекает на существование глобального химического цикла, связывающего поверхность и океан. Позвольте объяснить.

Источник энергии. Жизни, какой мы её знаем, нужна энергия. На Земле её главный источник — Солнце. Но в подлёдном океане Европы царит вечная тьма. Энергию нужно искать в химии.
Космическая «батарейка». Реакция между окислителями (веществами, отбирающими электроны, как кислород или перекись водорода) и восстановителями (веществами, отдающими электроны, которые могут подниматься со дна океана, например, из гидротермальных источников) — это, по сути, природная батарейка. Она может служить источником энергии для живых организмов.
Круговорот веществ. Новое исследование показывает, как эта «батарейка» может работать. Вещества из океана (например, CO₂) поднимаются на поверхность. Там космическая радиация «заряжает» их, превращая в богатые энергией окислители, вроде нашей перекиси водорода. Затем, с течением времени, эти соединения могут снова попасть в океан — например, через те же трещины или при таянии льда — и высвободить свою энергию, потенциально «накормив» гипотетических микробов.

Зависимость сечения образования H₂O₂ (σc), G-выхода, сечения разрушения H₂O₂ (σd) и стационарной концентрации H₂O₂ от начальной концентрации CO₂ в водяном льду, облучённом при 70 и 100 K. И σc, и G-выход линейно возрастают с увеличением содержания CO₂, причём при 100 K наклон более крутой (панели (а) и (b)). Этот рост позволяет предположить, что CO₂ способствует синтезу перекиси преимущественно путём многократного отрыва атомов H молекулами CO, что приводит к синтезу CHO-органики и избытку OH-радикалов. Более поразительным является резкое снижение σd при добавлении CO₂ (панель (с)), причём при 100 K падение более крутое (~в 5 раз), чем при 70 K (~в 2.5 раза). Это резкое уменьшение σd, вероятно, обусловлено опосредованными CO₂ механизмами экранирования, которые защищают H₂O₂ от разрушения либо вторичными электронами, либо OH-радикалами. Предполагается, что захват электронов и/или OH-радикалов молекулами CO₂ или продуктами его радиолиза более эффективен при высоких температурах, отсюда и более крутое падение при 100 K. Небольшой рост σd при более высоких уровнях CO₂ отражает разрушение H₂O₂, которому способствует CO₂. На панели (d) показана зависимость стационарной концентрации H₂O₂, (σc/σd) x ηwr, от количества CO₂. Резкий рост выхода H₂O₂ зеркально отражает снижение σd при содержании CO₂ ниже 3%.
Автор: Bereket D. Mamo et al 2025 Planet. Sci. J. 6 170 Источник: iopscience.iop.org

Таким образом, странное распределение перекиси водорода — это не просто химический курьёз. Это косвенное доказательство того, что на Европе существует механизм, способный снабжать тёмный подлёдный мир энергией, необходимой для поддержания жизни.

В ожидании «Клипера»

Конечно, это пока лишь красивая и логичная гипотеза, подкреплённая лабораторным экспериментом. Но она даёт исследователям бесценный инструмент. Теперь, когда к Юпитеру летят сразу две миссии — Europa Clipper (NASA) и JUICE (ESA), — учёные будут знать, что и где искать.

Эти лабораторные данные помогут правильно интерпретировать будущие наблюдения с близкого расстояния. Возможно, именно поиски регионов, богатых одновременно перекисью водорода и углекислым газом, укажут на самые интересные для изучения места — «окна» в таинственный и, возможно, обитаемый океан Европы.

То, что начиналось как загадка, превратилось в дорожную карту. И каждый такой шаг приближает нас к ответу на один из самых волнующих вопросов: одни ли мы во Вселенной?

Опубликовано: Мировое обозрение Источник