Учёные воссоздали в лаборатории подлёдный океан Энцелада

Исследователи из Японии и Германии в ходе новых экспериментов воссоздали химические условия, которые, как предполагается, существуют в подлёдном океане спутника Сатурна Энцелада. Результаты, опубликованные в журнале Icarus, показывают, что в таких условиях могут легко образовываться многие органические соединения, обнаруженные миссией Cassini. Это укрепляет доказательства того, что этот далёкий мир может содержать молекулярные строительные блоки жизни.

Струи, извергающиеся из южной полярной области Энцелада. Автор: NASA/JPL-Caltech

Под толстой ледяной оболочкой спутника, как широко предполагают астрономы, в его южной полярной области скрывается океан жидкой воды. Основным доказательством этого являются богатые водой гейзеры, часто извергающиеся из разломов на поверхности Энцелада. Они оставляют след из ледяных частиц на орбите спутника, который формирует одно из знаменитых колец планеты-хозяина.

В период с 2004 по 2017 год зонд NASA Cassini несколько раз пролетал через это кольцо и струи. Его приборы, включая масс-спектрометры и ультрафиолетовый спектрограф, обнаружили множество органических соединений — от простого углекислого газа до более крупных углеводородных цепей, которые на Земле являются важными молекулярными предшественниками сложных биомолекул.

С тех пор возможность того, что эти наблюдения могут указывать на зарождение жизни в подлёдном океане Энцелада, будоражит умы.

Вопросы о происхождении органики

«Однако оставалось неясным, были ли эти соединения произведены внутри спутника или унаследованы от древнего материала, из которого он сформировался», — говорит Макс Крэддок из Токийского научного института, руководивший исследованием.

«В то время как более ранние лабораторные исследования изучали гидротермальный органический синтез, актуальный для ранней Земли и комет, они редко фокусировались на отличительной среде Энцелада».

Это ограничение порождало несколько насущных вопросов о происхождении этих молекул. Как на них повлияла ледяная оболочка Энцелада и повторяющиеся циклы нагрева и замерзания океана под ней? Какую роль сыграли простые обнаруженные соединения в формировании более крупных и сложных молекул? И, что особенно важно, если бы общую химию подповерхностного океана воссоздали в лаборатории, как бы она выглядела при анализе приборами, подобными тем, что были на Cassini?

Воссоздание океана в лаборатории

Чтобы установить эту экспериментальную связь между химией океана и наблюдениями космического аппарата, команда Крэддока подошла к проблеме с другой стороны.

Вместо того чтобы полагаться только на измерения с аппарата, они решили воссоздать условия подлёдного океана Энцелада в лаборатории. Для этого они сначала создали химическую смесь на основе простых соединений, которые Cassini наблюдал в струях, включая аммиак и цианистый водород.

Аппарат автоклавного типа, использованный в эксперименте. Автор: Icarus (2026). DOI: 10.1016/j.icarus.2025.116836

С помощью высокотемпературного реактора они затем подвергли смесь циклам нагрева и криогенного замораживания, которые испытывает спутник под действием приливных сил гравитации Сатурна. Согласно последним теориям астрономов, это нагревание, вероятно, запускает гидротермальную активность, позволяя более мелким молекулам вступать в реакцию и формировать более сложные органические соединения.

«Затем мы проанализировали продукты с помощью лазерного масс-спектрометра, разработанного для имитации Космического анализатора пыли Cassini, что позволило нам напрямую сравнить нашу экспериментальную химию с измерениями космического аппарата», — описывает Крэддок.

Результаты и значение для будущих миссий

Как и предсказывала команда, эти искусственные гидротермальные реакции привели к образованию широкого спектра более сложных органических молекул, включая аминокислоты, альдегиды и нитрилы. Они также обнаружили, что процесс замораживания способствует образованию более простых аминокислот, таких как глицин. Многие из этих химических продуктов близко соответствовали меньшим органическим соединениям, наблюдаемым спектроскопическими приборами Cassini.

Несмотря на этот успех, несколько более крупных молекул, зафиксированных Cassini, не появились в их наблюдениях. Возможно, это намекает на возможность более горячих, катализируемых реакций в подповерхностном океане, которые не удалось воссоздать в эксперименте, или даже на присутствие гораздо более древнего материала, унаследованного Энцеладом при его формировании.

Тем не менее, результаты команды ясно показывают, что подлёдный океан Энцелада, вероятно, химически богат и активно способен производить строительные блоки жизни.

«Для будущих миссий это уточняет, как следует интерпретировать измерения струй, и подчёркивает важность приборов, способных верифицировать аминокислоты и определять, отражают ли сложные органические вещества текущую внутреннюю химию или древний материал», — говорит Крэддок.

Поскольку в настоящее время не планируется специальных миссий к Энцеладу или кольцам Сатурна, подобные лабораторные исследования служат критическим мостом между прошлыми измерениями космических аппаратов и будущими исследованиями, предлагая один из немногих способов продолжать изучение скрытого океана Энцелада и его потенциала для жизни в ближайшие десятилетия.