8 Minutės
Mokslininkai, iš naujo peržiūrėję NASA kosminio aparato Cassini archyvinius duomenis, atrado naujų ir įtikinamų įrodymų, kad Saturno mažytė mėnulis Enceladas gamina sudėtingas organines molekules. Nauji radiniai, paremti ledo grūdų mėginiais, paimtais tiesiogiai iš mėnulio pietų poliaus geizerių (plūmų), sustiprina hipotezę, jog Encelado pasislėpęs vandenynas palaiko aktyvią cheminę aplinką — chemines reakcijas, kurios galėtų vesti prie gyvybės statybinių blokų.
Ši meninė vizija vaizduoja Saturno ledomą mėnulį Enceladą. Užšalęs paviršius dengia giliai esantį vandenyną, todėl Enceladas yra patrauklus tikslas ieškant gyvybės sąlygų Saulės sistemoje. Vandens strėlės stiebiasi pro įtrūkimus šalia pietų poliaus ir išmeta ledo grūdus į kosmosą. Šie ledo grūdai perneša organines molekules iš poledinio vandenyno gelmių, kai kurios iš jų yra pakankamai sudėtingos, kad atskleistų pažangią cheminę veiklą šioje ledo planetoje. (Credit: Graphic composition: ESA; Surface: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Lunar and Planetary Institute)
Paslėptas vandenynas ir plūmas, kuris kalba
Enceladas yra nedidelis ledo dangaus kūnas, tačiau astrobiologiniu požiūriu jis turi neįtikėtiną potencialą. Nuo tada, kai Cassini 2005 m. pirmą kartą atskleidė garų ir ledo plūmus trykštančius per įtrūkimus šalia pietų poliaus, tyrėjai traktuoja šiuos geizerius kaip tiesioginį mėginį į mėnulio požeminį vandenyną. Plūmų išmesti daleliai maitina Saturno E žiedą ir perneša ištirpusius druskų likučius, paprastas organikas bei kitus pėdsakus iš ledo plutelės apačios.
Cassini instrumentų derinys ne kartą atliko in situ mėginių ėmimą skrydžių pro plūmus metu. Ankstyvi tyrimai jau rodė turtingą molekulių ir druskų mišinį, suderinamą su vandenynu, besiliečiančiu su uolėtu dugnu — tokiomis sąlygomis hidroterminė veikla ir aktyvi chemija galėtų tiekti energiją bei cheminius gradientus, naudingus galimai gyvybei. Tačiau liko svarbus klausimas: kiek organinių medžiagų, matomų E žiede, yra pakeistos ilgalaikio poveikio jonizuojančios spinduliuotės ir saulės šviesos, o kiek jų yra šviežiai paimtos iš paties vandenyno?
Cassini nuotrauka, daryta peržvelgiant per pietų poliaus regioną Encelado 2010 m. lapkričio 30 d. Matomi vandens fontanai, veržiantys iš mėnulio požeminio vandenyno pro ledo įtrūkimus. (Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
Kaip buvo „pagauti“ švieži ledo grūdai: greitis turėjo reikšmės
Atsakant į minėtą klausimą, tyrėjai sugrįžo prie dramatiško susidūrimo, užfiksuoto 2008 m. Tuo skrydžiu Cassini skriejo tiesiai per aktyvų plūmą, ir instrumentai buvo trenkti ledo grūdų, kurie buvo išmesti vos prieš kelias minutes. Šie grūdai smogė Kosminio Dulkių Analizatoriui (Cosmic Dust Analyzer, CDA) maždaug 18 kilometrų per sekundę greičiu — tai greičiausi ir „šviežiausi“ mėginiai, užfiksuoti misijos metu.
Meninė interpretacija vaizduoja terminės kilmės strėles, veržiančias per ledinį paviršių Encelado pietų poliarinėje zonoje. (Credit: ESA/Science Office)
Smūgio greitis nėra smulkmena. Mažesniuose greičiuose ledas linkęs fragmentuotis ir vandens molekulės klasterizuotis, užgoždamos silpnesnius organinių komponentų signalus. Kai grūdai smogia pakankamai greitai, šie klasteriai skyla kitaip, ir instrumentas gali aptikti molekulinius fragmentus, kurie kitu atveju liktų paslėpti. Trumpai tariant, 2008 m. susidūrimas suteikė aiškesnį cheminį momentinį vaizdą apie medžiagą, kuri beveik nebuvo veikiama kosminės aplinkos pokyčių.
Instrumento pastaba: Cosmic Dust Analyzer (CDA)
CDA buvo sukurtas fiksuoti pavienių dulkių ir ledo grūdų masę bei sudėtį. Matuodamas smūgio jonizacijos produktus ir laiko parametrus, instrumentas pateikia cheminį dalelių pirštų atspaudą, sugriebtą kosmose. Naujas tyrimas peržiūrėjo CDA įrašus naudodamas modernesnes analizės metodikas ir geresnį supratimą apie tai, kaip smūgio greitis keičia aptiktus signalus. Tokia reinterpretacija leido išskirti subtilius fragmentus ir sumažinti triukšmą, susijusį su antriniu apdorojimu E žiede ar instrumentų kalibracija.
Naujos molekulės iš jau pažįstamo vandenyno
Pritaikius patobulintas analizės metodikas, tyrėjų komanda identifikavo tiek tikėtinas, tiek netikėtas išvadas. Molekulės, anksčiau matytos pasklidusios visame E žiede, buvo randamos ir šviežiuose plūmų grūduose — tai patvirtina, kad jos sintezuojamos ir tiekiamos iš Encelado vandenyno, o ne susidaro vėliau E žiedo aplinkoje. Dar įspūdingiau, komanda aptiko molekulinius fragmentus, kurie anksčiau niekada nebuvo stebėti Encelado lede.
Tarp naujai atpažintų fragmentų buvo požymių, suderinamų su alifatinėmis grandinėmis, heterocikliniais esteriniais arba alkeniniais fragmentais bei eterių ar etilo grupių fragmentais. Analizė taip pat preliminariai rodo azoto ir deguonies turinčias junginių grupes. Chemikams tai yra svarbu: šios funkcinių grupių klasės dažnai veikia kaip tarpininkai reakcijų keliuose, vedančiuose prie aminorūgščių pirmtakų arba kitų biologiniu požiūriu reikšmingų molekulių susidarymo.
Meninė Cassini zondo su Saturnu (ne skalėje) interpretacija, pabrėžiant Cosmic Dust Analyser instrumentą. (Credit: ESA; dust grain inset: NASA/JPL; Saturn image: NASA/JPL/Space Science Institute)
Žemėje daugelyje cheminių kelių tos pačios molekulių klasės dalyvauja etapinėse reakcijose, kurios kaupia sudėtingesnes organines struktūras. Jų buvimas Encelado plūmų lede todėl padidina tikimybę, kad mėnulio vandenyne vyksta progresyvi organinė chemija, galinti vesti link prebiotinių junginių. Kaip pabrėžia tyrimo vyriausiasis analitikas, egzistuoja kelios įsivaizduojamos cheminės trasos nuo aptiktų fragmentų link didesnių, gyvybei reikšmingų molekulių; kai kurios iš jų gali apimti katalizę ant hidroterminių mineralų paviršių arba redukcines-oksidacines reakcijas, kurias palaiko molekulinis vandenilis ir temperatūros gradientai.
Įrodymai apie aktyvią cheminią veiklą, o ne vien kosminę atmosferą
Bendraautorius Frankas Postbergas ir platesnė komanda pabrėžia, kad šių organikų radimas šviežiai išmestuose mėginiuose įrodo, jog jos nėra tik ilgalaikio poveikio E žiede artefaktas. Vietoj to, šios jungtys atrodo generuojamos ir esamos vandenyne, įtraukiamos į plūmų ledo grūdus ir išmetamos į kosmosą. Toks skirtumas yra svarbus astrobiologijai: jis rodo vykstančius vidinius procesus, o ne pasyvius paviršiaus pokyčius ar fotochemines transformacijas žiedo sąlygomis.
Organinės jungtys Encelado ledo grūduose. Iliustracija demonstruoja, kaip lengvos, tirpios ir reaktyvios organinės medžiagos pateka ant ledo grūdų, išmetamų su vandens fontanais iš Encelado, ir kaip jas aptiko Cassini zondas. (Credit: NASA/JPL-Caltech)
Šią interpretaciją palaiko ir kiti Cassini laikotarpio stebėjimai — druskos, molekulinis vandenilis (H2) ir terminiai matavimai — kurie nurodo į hidroterminę veiklą uolėtuose vandenyno dugno regionuose. Hidroterminiai šaltiniai galėtų tiekti tiek cheminę energiją, tiek katalitines paviršiaus zonas, reikalingas sudėtingesnėms organinėms reakcijoms. Jei tokie procesai vyksta, Enceladas sujungia klasikinius gyvybingumo reikalavimus: skystą vandenį, energijos šaltinį, būtinas chemines sudedamąsias dalis ir įvairią organinę chemiją — tai yra pagrindinės sąlygos, kurių mokslininkai ieško vertindami planetinį tinkamumą gyvybei.
Sugrįžimas prie Encelado: misijų planai ir mokslinės prioritetai
Šie rezultatai pasirodo palankiu metu planuojant būsimą tyrinėjimą. Europos kosminė agentūra (ESA) ir kitos organizacijos identifikavo Enceladą kaip aukštos prioritetinės svarbos tikslą tolimesnėms misijoms. Vykdomi tyrimai dėl galimos didelės klasės ESA misijos, su koncepcijomis, svyruojančiomis nuo kelių plūmų perlaidų iki nusileidimo aparato, galinčio imti mėginius iš paviršiaus nuosėdų šalia pietų poliaus.
Kaip manytina veikia hidroterminė veikla Encelade, remiantis NASA/ESA Cassini-Huygens misijos duomenimis. (Credit: ESA)
Tolesnės kartos erdvėlaivio instrumentai būtų parenkami išplėsti Cassini atradimus, diegiant modernesnius masės spektrometrus, mikrofluidinius analizatorius ir užterštumo kontrolės mėginių ėmimo sistemas. Lyginant šviežių plūmų chemiją su ilgalaike E žiedo inventoriaus kompozicija bus esminė užduotis, siekiant surinkti duomenis apie tai, kaip vandenyno procesai atsispindi stebimuose kosminiuose signaluose.
Pavyzdžiui, nusileidimo modulis ar žemo aukščio mėgintojas galėtų ieškoti tirpikliu ekstrahuotų organinių junginių paviršiniuose sniego sluoksniuose, tirti izotopinius santykius, kurie gali rodyti biologinio apdorojimo požymius, ir ieškoti makromolekulinių ar chirališkumo signalų, kurių nustatymas nuotoliniu būdu yra itin sudėtingas. Tokie matavimai reikalautų griežtos taršos kontrolės, specializuotų analizės priemonių ir procedūrų, skirtų atmesti Žemės kilmės taršos galimybę.
Planetologų komitetas identifikavo Saturno mėnulį Enceladą kaip patraukliausią kandidatą ESA kitai „didelės klasės" kosminių mokslų misijai, einančiai po Juice, LISA ir NewAthena iniciatyvų. (Credit: ESA)
Ekspertų įžvalgos
„Cassini archyvas išlieka lobynu“, sako dr. Lila Martínez, planetų chemikė Iš kosminių mokslų instituto. „Iš naujo analizuodami didelio greičio plūmų smūgius su atnaujintomis kalibracijomis, gauname aiškesnį langą į vandenyno cheminiį turinį. Šios molekulės nėra gyvybės įrodymas, tačiau jos yra būtent tokios sudedamosios dalys, kurias norėtumėte rasti vertindami gyvybingumą.“ Ji priduria: „Būsimos misijos turėtų orientuotis į itin jautrų organikų aptikimą ir griežtą taršos kontrolę — ši kombinacija parodys, ar Enceladas yra tik cheminėje veikloje, ar galimai 'chemiškai gyvas'.“
Ką tai reiškia gyvybės paieškai
Šviežių, sudėtingų organikų atradimas plūmų lede sustiprina mokslinį pagrindą grįžti į Enceladą. Jei būsimos misijos patvirtins progresyvią prebiotinę chemiją arba suras neabejotinus biosignalus, šie rezultatai keistų mūsų supratimą apie tai, kaip gyvybė gali kilti ledo vandenynų pasauliuose. Net ir tuščias rezultatas būtų reikšmingas: chemine prasme gyvybei tinkanti aplinka be gyvybės priverstų peržiūrėti prielaidas apie reikiamas sąlygas ir retus žingsnius, kurie veda prie biologijos atsiradimo.
Kol kas Cassini dešimtmečius renkami duomenys toliau pateikia netikėtumų. Kaip projekto mokslininkai pažymi, senų misijų duomenų pernaudojimas ir reinterpretacija su naujais modeliais bei geresnė kalibracija gali būti tokie pat atskleidžiantys kaip ir naujo zondo siuntimas. Tačiau artimiausi dešimtmečiai žada persijungimą nuo nuotolinių išvadų prie tiesioginio, tikslingo mėginių ėmimo — ir tai yra laikas, kai pradėsime atsakyti į giliausius klausimus apie gyvenimą už Žemės ribų.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą