7 Minutės
Main findings and significance
Atnaujinta NASA Cassini misijos duomenų analizė atskleidė įvairesnę kompleksiškų organinių molekulių paletę medžiagoje, ką tik išsiveržusioje pro Saturno palydovo Enceladuso įtrūkimus. Astrobiologas Nozair Khawaja (Štutgarto universitetas) ir jo kolegos iš naujo peržiūrėjo didelio greičio srovių (plume) perskridimų spektrus ir identifikavo kelias cheminių grupių atstoves — įskaitant aromatinius junginius, aldehidus, esterus, eterius ir alkenus — kai kuriuos jų pirmą kartą užfiksavus tiesiai ką tik susiformavusiuose srovių grūduose. Šie atradimai stipriai nurodo į aktyvias ir sudėtingas cheminių reakcijų grandines Enceladuso požeminėje vandenyno dalyje ir suteikia naują kontekstą vertinant palydovo tinkamumą gyvybei.
Skirtingai nuo ankstesnių tyrimų, kurie daugiausia rėmėsi senesnėmis, kosminiu veikiamumu pakeistomis ledo granulėmis Saturno E žiede, šiame darbe dėmesys sutelktas į neseniai išmestus srovių dalelių mėginius, surinktus tiesioginių Cassini praskridimų metu. Šis skirtumas yra esminis: ką tik išmestos granulės nešioja aiškesnį vidinio vandenyno ir jūros dugno procesų cheminį parašą, tuo tarpu E žiedų dalelės būna transformuotos dėl mikrometeoritų smūgių, radiacijos ir kitų kosminio oro poveikių.
Scientific background and Cassini mission data
Cassini misija 2005–2015 m. kelis kartus atliko Enceladuso srovių mėginių ėmimą. Kosminio dulkių analizatorius (Cosmic Dust Analyzer, CDA) fiksavo šimtus tūkstančių ledo grūdų spektrų per šiuos susidūrimus. Vis dėlto tiesioginių srovių praskridimų duomenys dažnai buvo triukšmingesni ir sunkiau interpretuojami dėl fizikos ir instrumentinių apribojimų. Ypatingai vertinga buvo 2008 m. aukšto greičio praskridimo duomenų serija, kai Cassini per plūsmą pravažiavo 17,7 kilometrų per sekundę greičiu. Tokie ekstremalūs smūgio greičiai sukūrė unikalius spektrinius pėdsakus, kurių kitu atveju neįmanoma gauti.
Schemoje vaizduojama, kaip mokslininkai įsivaizduoja hidroterminę veiklą Enceladuse. (ESA)
Khawaja ir jo komanda pritaikė atnaujintas analizės metodikas — įskaitant laboratorinius spektrų sulyginimus su išplėstomis, atviromis duomenų bibliotekomis — kad išskirtų triukšmą ir izoliuotų organinius signalus. Žemesniuose smūgio greičiuose ledo molekulės fragmentuojasi ir klasterizuojasi taip, kad organiniai junginiai gali būti užmaskuoti. Aukštesniuose greičiuose vandens molekulių klasterizacija sumažėja, todėl atsiskleidžia anksčiau paslėpti organiniai pikai. Šis metodologinis proveržis leido aptikti kelias organinių klases ir pateikė tvirtesnį įrodymą, kad šie junginiai kyla iš Enceladuso vidaus, o ne susidarytų dėl kosminiame erdvėje vykstančių pakitimų.
Why the organic suite matters
Atrastų molekulių inventorius papildo ankstesnius Cassini atradimus — druskas, molekulinį vandenilį ir fosfatus srovėse. Visi kartu šie rezultatai patvirtina penkių iš šešių CHNOPS elementų (anglis, vandenilis, azotas, deguonis, fosforas, siera) buvimą — kas yra pagrindas žemės biocheminėms sistemoms; siera kol kas lieka pagrindine stambia elemente, kurios aiškaus aptikimo trūksta. Nors naujai identifikuoti organiniai junginiai gali susidaryti abiotiškai, daugelis jų yra pirmtakai arba tarpiniai produktai cechams, svarbiems biologinei chemijai.
Cassini padarytas Enceladuso vaizdas E žiede, kuriame matyti ryškios srovės. (NASA/JPL/Space Science Institute)
Svarbu tai, kad cheminis mišinio profilis primena junginius, randamus Žemės giluminiuose hidroterminiuose ventiliuose. Žemėje tokios sistemos palaiko turtingas ekosistemas, kurios gyvuoja be saulės šviesos, remdamosi cheminiu energijos šaltiniu ir kompleksine organinių sinteze karštose jūros dugno zonose. Enceladuso duomenys dabar yra stipriausias stebimųjų duomenų rinkinys, teigiantis, kad panašūs hidroterminiai procesai galėtų vykti ir šiandien, palydovo jūros dugne.
Implications for habitability and astrobiology
Enceladus išlieka vienu iš perspektyviausių vietų Saulės sistemoje gyvybės paieškoms, nes jis sujungia globalų požeminį vandenyną, vidinį šilumos gamybą (t. y. pasikartojantį potvynio lankstumą) ir aiškų mechanizmą — sroves — kurios perkelia vandenyno medžiagas į kosmosą, leidžiant jas tyrinėti nuotoliniu būdu. Įvairių organinių molekulių aptikimas prideda svarbų elementą tinkamumo gyventi (habitability) paveikslui: ne tik egzistuoja žaliavos, bet vyksta aktyvios cheminės grandinės, kurios gamina sudėtingesnius junginius.
2010 m. Cassini užfiksuotas vaizdas, kuriame matyti iš Enceladuso stumiamos srovės. (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
Tyrėjų komanda pabrėžia, kad visi nustatyti cheminiai keliai gali būti abiotiniai — kitaip tariant, jiems susidaryti nereikia gyvybės. Vis dėlto tokių junginių buvimas padidina tikimybę, kad Enceladusas galėtų palaikyti gyvybę arba bent jau ankstyvą prebiotinę chemiją. Kaip Khawaja trumpai reziumavo studijos kontekste: "Yra daug plausible cheminių kelių nuo aptiktų organikų iki biologiniu požiūriu svarbesnių junginių, o tai padidina tikimybę, kad palydove gali egzistuoti sąlygos, tinkamos gyvybei." Ši mintis reiškia, kad net jeigu gyvybės dar neaptikta, cheminės prielaidos tokiai gyvybei susidaryti atrodo palankios.
Mission and technological context
Cassini instrumentų rinkinys, ypač CDA ir masės spektrometrai, sudarė sąlygas šiam retrospektyviam atradimui. Tačiau ne mažiau svarbūs buvo pažangūs spektrų duomenų bankai, laboratoriniai analogų eksperimentai ir pažangūs signalo apdorojimo algoritmai. Gebėjimas peržvelgti archyvinius duomenis su moderniomis analizės priemonėmis pabrėžia ilgalaikę flagmaninių misijų mokslinę vertę ir stiprina argumentą skirti lėšas būsimoms dedikuotoms misijoms į Enceladusą.
Ateities misijų koncepcijos apima žemo aukščio srovių mėginių ėmimą su pažangiais masės spektrometrais, kriogeninio surinkimo sistemas, skirtas apsaugoti trapias organines medžiagas, ir galiausiai — paviršiaus ar skvarbiklių (penetratorių) tyrimus, orientuotus į ledinės plutos ir šiltų zonų prie įtrūkimų tyrimus. Kiekvienas technologinis žingsnis leistų smulkiau atsakyti, ar kompleksinė chemija Enceladuse juda link tikros biologijos, ar išlieka abiotiška cheminė sistema. Pavyzdžiui, kriogeninė kolekcija galėtų išsaugoti lakiuosius junginius, kurie įprastai išgaruoja ar degraduoja, o tai suteiktų galimybes identifikuoti molekules, kurių anksčiau nebuvo įmanoma aptikti.
Expert Insight
"Šie rezultatai rodo, kiek daug informacijos gali būti atgauta iš gerai išsaugotos srovės medžiagos," sako dr. Larissa Moreno, okeanografė ir astrobiologė, nesusijusi tiesiogiai su studija. "CDA spektrų rinkinys dabar atskleidžia organikų komplektą, suderinamą su aktyvia jūros dugno chemija; tai negarantuoja gyvybės, bet daro Enceladusą dar labiau patraukliu tikslui išsamiai tyrinėti."
"Net jei būsimose misijose gyvi organizmai nebus rasti," priduria dr. Moreno, "toks rezultatas būtų moksliniu požiūriu reikšmingas: jis mesti iššūkį mūsų supratimui apie perėjimą nuo sudėtingos cheminės sistemos prie biologijos, esant sąlygoms, kurios iš esmės atrodo tinkamos gyvybės vystymuisi." Ši požiūrių įvairovė — tiek optimistinė, tiek kritiška — pabrėžia, kad Enceladusas yra unikalus bandymų laukas hipotezėms apie gyvybės kilmę ir jos ribas.
Conclusion
Atnaujinta Cassini srovių duomenų analizė sustiprina įrodymus, kad Enceladusas slepia aktyvią ir sudėtingą organinę chemiją, varomą procesų, panašių į Žemės hidrotermines sistemas. Nors aptikti junginiai greičiausiai susidarė abiotiniais keliais, tarp jų yra daug junginių, kurie yra biologijos prasme svarbių pirmtakų, ir jie patvirtina tiesioginį ryšį tarp palydovo vidaus ir kosmose surinktų medžiagų. Šie rezultatai sustiprina mokslo prioritetą sugrįžti į Enceladusą su naujos kartos instrumentais, skirtas tiesiogiau tirti jo vandenyną ir jūros dugną, bei pagilina vieną iš intriguojančiausių klausimų planetų moksle: jei ten egzistuoja tinkamos sąlygos gyvybei, kodėl gyvybės galėtų trūkti?
Archyviniai duomenys vis dar slepia daugiau paslapčių, o tęsiama peržiūra gali atskleisti papildomų junginių ir naujų užuominų. Archyvinių duomenų analizė kartu su laboratorine spektroskopija ir tikslingomis būsimomis misijomis toliau aiškins mūsų vaizdą apie Enceladusą kaip vieną iš geriausių Saulės sistemos laboratorijų, skirtų vandenyno pasaulių ir priešgyvybinės chemijos tyrimams. Šių elementų derinys — istoriniai duomenys, eksperimentai laboratorijose ir technologinės inovacijos tolesnėms misijoms — yra raktas į nuodugnesnį supratimą, ar tokie pasauliai gali tapti gyvybei tinkamomis aplinkomis.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą