Энцелад

Возможная жизнь на луне Энцелад (спутник Сатурна)

Один из приборов зонда Cassini (Кассини), а именно: Ионный и нейтральный масс-спектрометр Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), в октябре 2015 года во время самого низкого пролета зонда над спутником Энцелада обнаружил водородный газ в факелах ледяных гейзеров. Находка подтверждает, что эти гейзеры состоят из 98 процентов водяного пара, примерно одного процента газообразного водорода, а остальное — смесь аммиака, метана и диоксида углерода.

Иллюстрация показывает, как зонд Кассини нырнул через струи гейзера спутника Энцелада в 2015 году.

Открытие газообразного водорода в ледяных гейзерах спутника является важным событием, поскольку оно является потенциальным источником энергии, необходимым для развития жизни.

Так к примеру, земные микробы были найдены в гидротермальных жерлах дна океана, в местах, ранее считавшихся непригодными для жизни. Они служат дном пищевой цепи для экосистем, которые включают креветки и другие мелкие морские формы жизни.

Это открытие повысило вероятность жизни бактерий в подобных гидротермальных источниках на других планетах нашей Солнечной системы, имеющих подземные океаны. Если потенциальный источник энергии присутствует, жизнеспособность микроорганизмов может сохраниться даже в отсутствие солнечного света.

Для существования (зарождения) жизни нужно, как мы знаем три вещи, а именно: вода, энергия и соответствующие химические вещества, такие как углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера.

Обнаружение газообразного водорода в ледяных гейзерах Энцелада, которые были впервые обнаружены зондом Кассини в 2005 году, означает, что у спутника Сатурна присутствуют все три составляющие для возможного зарождения или существования хотя бы элементарных микроорганизмов.

Производство газообразного водорода требует геохимического источника, который в данном случае представляет собой взаимодействие между водой и скалой под океаном. Гейзеры Энцелада извергаются от горячих трещин, видимых вблизи его южного полюса.

Посредством процесса химической реакции, известного как «метаногенез», потенциальные микробы могут получать необходимую им энергию путем объединения водорода с двуокисью углерода, растворенной в воде. Метан, побочный продукт этого процесса, имеет ключевое значение для жизни на Земле.

Эта графика иллюстрирует, как ученые Кассини думают, что вода взаимодействует со скалой в нижней части океана ледяной луны Энцелада Сатурна для получения газообразного водорода.

Фосфор и сера, два других основных источника энергии для микробов, не обнаружены в струях, исходящих из океана Энцелада, но ученые подозревают, что они присутствуют в скалистом ядре небольшой луны, которое имеет состав, подобный составу метеоритов, которые, как известно, содержат оба элемента.

В марте 2015 года ученые миссии «Кассини» подняли вопрос о возможности гидротермальной активности в океане спутника Энцелад, создаваемого горячей водой, взаимодействующей со скалой ниже дна океана.

К сожалению межпланетный зонд Cassini (Кассини) не создавался непосредственно с целью обнаружения признаков жизни. Его один из самых важных инструментов Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), который анализирует и определяет состав газовых масс, был разработан для пролета над атмосферой самой большой луны Сатурна — Титан.

«Подтверждение того, что химическая энергия для жизни существует в океане маленькой луны Сатурна, является важной вехой в нашем поиске обитаемых миров вне Земли», — заявила научный сотрудник проекта Кассини Линда Спилкер из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии. «Хотя мы не можем обнаружить признаки самой жизни, но мы обнаружили, что для ее существования (зарождения) есть все условия», — сказал Хантер Уайт, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science

«Хотя мы не можем обнаружить признаки самой жизни, но мы обнаружили, что для ее существования (зарождения) есть все условия», — сказал Хантер Уайт, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Science.

Для обнаружения реальных признаков жизни потребуется зонд, который сможет приземлиться на поверхность Энцелада и просверлить его ледяную оболочку в океан. Учитывая выше сказанное для программы NASA Discovery был предложен проект создания подобного зонда под названием Enceladus Life Finder.

Подповерхностный океан

Самое любопытное на Титане – возможное наличие подповерхностного океана – того самого водного слоя, который находится между поверхностью и ядром. Если он на самом деле есть, то сплошь охватывает весь спутник. Согласно расчетам, вода в нем содержит около 10% аммиака, который служит антифризом и снижает температуру замерзания воды, поэтому она там должна находиться в жидком виде. Также в воде может содержаться некоторое количество разных солей, как в земной морской воде.

Согласно данным, собранным «Кассини», такой подповерхностный океан должен существовать на самом деле, но расположен он на глубине около 100 км от поверхности. Также есть данные, что в воде содержатся большие количества солей натрия, калия и серы, и вода эта очень соленая. Поэтому вряд ли в ней возможна какая-либо жизнь. Однако этот вопрос продолжает волновать ученых и вызывает большой интерес. Благодаря этому Титан стал одним из приоритетных объектов для будущих исследований, как и Европа, спутник Юпитера, где также имеется подповерхностный океан. Ученым очень хочется проникнуть вглубь и посмотреть, что там в этих океанах есть, особенно поискать какие-нибудь формы жизни.

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?

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:

Фотографии спутника Энцелад

По внешнему виду Энцелад напоминает соседние спутники: морозный, покрыт льдом и не отличается гостеприимством. Но ученые считают, что он способен располагать условиями, необходимыми для формирования жизни. Пристальная слежка Кассини показала, что луна (504 км в ширину) не только наделена водяными струями, выбрасывающими материал в пространство, но и прячет масштабный жидкий океан под поверхностным слоем. Мы знаем, что вода выступает одним из главных критериев для зарождения и поддержания жизни, так что Энцелад – важный объект для будущих миссий. Обзор 27 ноября 2016 года сосредоточен на лунной полусфере, повернутой к планете. Север тянется вверх и обращен на 6 градусов вправо. Снимок выполнили в зеленом свете на удаленности в 130000 км. Программа Кассини выступает общей разработкой ЕКА, НАСА и Итальянского космического агентства. Команда располагается в ЛРД. Две камеры на борту также созданы ими. Добытые фотографии обрабатывают в Боулдере (Колорадо).

Ледяной спутник Сатурна Энцелад вращается над великолепной кольцевой системой планеты в цветовом обзоре Кассини. Кольца представлены практически чистым водяным льдом, часть которого загрязнена метеоритной пылью. Возраст может достигать несколько сотен миллионов лет. Энцелад также практически полностью состоит из водяного льда, но избежал загрязнений по пока неясной причине. Охватывает в ширину 505 км.

Кажется, что в этом обзоре одна сторона Энцелада освещена Солнцем, а вторая пребывает в тени. Но не верьте всему, что видите. На самом деле, часть справа освещается планетарным свечением, а слева – прямыми солнечными лучами. Подобные снимки направлены на наблюдение за струями ледяного материала, выбрасываемого с южной территории. В такие моменты Кассини нужно расположиться на ночной лунной стороне, потому что частички лучше всего видны, когда подсвечены звездным светом. Здесь аппарат обращен к ведущей стороне. Снимок сделан при видимом свете узкоугольной камерой на удаленности в 364000 км. Кассини приблизился к Энцеладу (504 км в ширину) 10 мая 2015 года. Масштабность: 2.4 км на пиксель. Программа Кассини выступает общей разработкой ЕКА, НАСА и Итальянского космического агентства. Команда располагается в ЛРД. Две камеры на борту также созданы ими. Добытые фотографии обрабатывают в Боулдере (Колорадо).

Кольцевые тени выравнивают облик отдаленного Сатурна, гарантируя замечательный фон для белой сферы Энцелада. Перед вами ледяной спутник с измененной поверхностью и возвышающимися струями ледяного материала. Кассини сосредотачивал обзор в периоды равноденствия. На снимке запечатлено ведущее полушарие (313 км в ширину), отображенное в зеленом свете на удаленности в 291000 км. Пролет совершили 28 июня 2007 года. Для изображения использовали узкоугольную камеру аппарата.

Энцелад с высоким отражательным потенциалом располагается перед планетарными кольцами. На отдаленности можно заметить Титан. На южном полюсе происходит выброс льда и пара с водяных струй, что указывает на наличие подземного моря. Полагают, что в нем есть органические вещества и жидкие углеводороды. Энцелад простирается на 504 км и расположен посередине. Титан охватывает 5150 км, но здесь кажется слабым, потому что скрывается за кольцевой системой. Снимок выполнен в видимом зеленом свете узкоугольной камерой аппарата Кассини. Масштабность составляет 6 км на пиксель. 12 марта 2012 года аппарату удалось подойти на 1 млн. км при угле в 36 градусов.

Ссылки

Расположение спутника Энцелад

Е-кольцо является наиболее удаленным кольцом газового гиганта. Оно отличается своей структурой, которая представлена микроскопическими частицами льда или пыли. Началом кольца принято считать орбиту, по которой вращает Мимас, а концом орбиту Реи. Но некоторые исследователи выдвигают гипотезы о том, что кольцо может выходить даже за пределы орбиты Титана, что увеличивает его ширину до 1000000 км.

Ряд математических моделей доказывает, что кольцо отличается неустойчивостью, и его жизненный период равен от 10 тысяч лет до 10000000 лет. По этой причине его существование зависит от постоянного наполнения новыми частицами. Орбиту Энцелада принято размещать в зоне с наибольшей плотностью кольца Е. Этот сегмент отличается узкими размерами. По этой причине предположение о том, что кольцо наполняется веществом благодаря Энцеладу, было высказано еще до старта миссии «Кассини». Полученная информация, которую удалось собрать во время исследований спутника космическим аппаратом, подтверждает предположение.

Существует два источника вещества, которое используется для того, чтобы наполнить кольцо Е частицами. В первом случае можно говорить о криовулканических гейзерах, которые наблюдаются над южным полюсом Энцелада. Большая часть вещества, содержащегося в каждом выбросе, снова рассеивается по поверхности спутника. Но некоторые компоненты выходят за границы атмосферы с Энцелад и пополняют состав кольца. Второй способ пополнения кольца Е заключается в веществе, которое высвобождается с поверхности спутника при его контактах с астероидами. Подобный способ насыщения колец подходит в отношении прочих спутников газового гиганта, которые вращаются в пределах колец.

Первыми детальными снимками спутника Энцелад удалось завладеть во время экспедиций «Вояджеров». Полученная мозаика в высоком расширении продемонстрировала, что Энцелад имеет не менее пяти различных типов рельефа. Среди них попадаются участки с большим количеством кратеров, ровные области и участки с ребристой поверхностью. Ландшафт спутника имеет немного кратеров и значительно больше желобов. В то же время на поверхности замечен ряд длинных трещин и уступов. Подобная особенность указывает на то, что возраст поверхности спутника довольно небольшой и составляет не более пары сотен миллионов лет. Либо рельеф Энцелада недавно существенно обновился. По всей видимости, это открытие связано с уровнем криовулканической активности спутника.

Основу спутника составляет водяной лед, поэтому поверхность Энцелада практически полностью белая. Это обеспечило для спутника рекордный уровень чистоты и превосходную отражательную способность. По этой причине поверхность практически не поглощает свет, а ее температура в районе полудня не превышает -200 градусов, что существенно ниже, чем у других спутников газового гиганта.

Исследовательская станция «Кассини», которая прибыла к Сатурну еще в 2004 году, смогла зафиксировать гейзеры на поверхности, которые выдавливают вещество из недр на несколько сотен километров вверх. Гейзеры бьют из трещин, которые расположены на южном полюсе Энцелада. Эти частицы образуют след, который в виде шлейфа вращается вокруг Сатурна, составляя кольцо Е. На сегодня не удалось точно определить, что именно выступает в качестве источника энергии, обеспечивающего невероятно мощную вулканическую активность для такого сравнительно небольшого спутника. Ученые предполагают, что энергия могла быть получена благодаря радиоактивному распаду, но водяной фонтан имеет множество пылевых частиц и небольших осколков льда. Чтобы подбросить эти компоненты на сотню км вверх, нужно затратить чрезвычайно большое количество энергии. Может быть, в недрах спутника действуют приливные силы, но последние исследования показывают, что их энергия примерно в 2 раза ниже минимально необходимой для таких гейзеров. В 2010 году исследователям удалось прийти к выводу, что нагрев может быть обеспечен либрацией во время движения спутника по орбите.

В дневное время температурный режим на поверхности спутника не превышает -200 градусов по Цельсию. В разломах на южном полюсе она может быть в пределах -90 градусов. Подобные различия на поверхности спутника, а также молодость рельефа, указывают на то, что геологическая активность Энцелада продолжается и сегодня.

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.

Что увидел и узнал «Кассини»

Информация, переданная АМС на Землю за период работы,
обширна. В частности:

1. Гейзеры из водяного пара и пыли извергаются из южной области на высоту до 500 километров. Интенсивность работы гейзеров, объем извергаемого пара, скорость струи зависит от орбиты спутника по отношению к Сатурну в данный момент времени.
2. Гейзеры поставляют «строительный» материал для кольца Е, не давая ему распылиться в космосе.
3. Большое число вулканических кратеров указывают на высокую геологическую активность в одних районах, и отсутствие в других – на низкую.
4. Объект изрезан трещинами изо льда, называемые рифтами. Некоторые другие образования изо льда назвали «тигровыми полосами». Именно из них извергаются гейзеры.
5. Ровные ледяные пространства в отдельных районах интенсивно отражают солнечный свет до такой степени, что делает ледяное тело одним из самых ярких в Солнечной системе. Это указывает на «молодость» льда в астрономическом смысле.
6. Ударные кратеры подтверждают, что Энцелад подвергается «бомбардировке» из космоса.
7. «Кассини» с помощью спектрального анализа собрал сведения о водяном паре из гейзеров. Для этого он специально пролетел через струи. Оказалось, что вода составляет 93%, обнаружены также азот, метан, диоксид углерода, некоторые другие соединения.
8. Случайно была открыта разреженная атмосфера, наличие которой ученые не допускали.
9. В кольце Е были обнаружены микроскопические частички речного песка, которые могут возникать только при температуре 90 С и наличии соды.

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.

Интересные факты

Энцелад привлекает к себе внимание множеством интересных особенностей. Как все другие сатурнианские луны, это небесное тело названо в честь титана, убитого Афиной копьем (по другой версии — камнем) после победы олимпийских богов

Но имя спутник получил более чем через полвека после открытия, до того он имел лишь порядковый номер

Как все другие сатурнианские луны, это небесное тело названо в честь титана, убитого Афиной копьем (по другой версии — камнем) после победы олимпийских богов. Но имя спутник получил более чем через полвека после открытия, до того он имел лишь порядковый номер.

Детали рельефа носят имена, связанные с рассказами из «Тысячи и одной ночи». Кратеры названы в честь персонажей сборника (например, Аладдин, Али-Баба или Синдбад), а другие рельефные образования — в честь упоминающихся в книге географических объектов (рытвины Дамаск, Шираз или Каир, равнины Сарандиб и Дийяр, борозды Дарьябар, Анбар и другие).

В гейзерах, бьющих из «тигриных полос», были обнаружены следы органических соединений.

Благоприятными факторами для возникновения и развития на Энцеладе жизни являются:

• гидротермальная активность объекта;
• присутствие силикатных пород в сердцевине спутника;
• наличие жидкой воды под поверхностью.

Энцелад — источник пополнения твердым материалом сатурнианского кольца Е. Пылевые и ледяные частицы попадают в него из южных криовулканических факелов, а также из выбросов с поверхности спутника при ударах о нее метеоритов.

Изучение спутника

До начала 1980-х гг. спутник оставался малоизученным. В разные годы Энцелад исследовали зонды программы «Вояджер» (первый и второй «Вояджеры» пролетели мимо объекта с разницей в 9 месяцев) и межпланетная станция «Кассини».

Последняя:

• обнаружила «тигровые полосы» и выбросы водяного пара из них;
• зафиксировала присутствие в них следов некоторых углеводородов;
• сделала снимки поверхности;
• собрала данные, которые могут свидетельствовать о наличии под ледяной поверхностью жидкого океана;
• измерила существующую тепловую мощность луны и сделала вывод, что она намного превышает теоретическую.