Океаны в ледяных мирах Юпитера могут кишеть жизнью

Океаны в ледяных мирах Юпитера могут кишеть жизнью — а мы продолжаем посылать роботов на Марс. С красноватых от пыльных бурь небес на поверхность Марса садятся роботы. Они пробивают холодный разреженный воздух своими летящими на сверхзвуковой скорости аэрооболочками и парашютами, совершая посадку на красной планете в защитных коконах и вздымая клубы пыли тормозными ракетными двигателями. На них установлены многочисленные камеры, спектрометры, антенны и руки-манипуляторы.

Некоторые роботы остаются на месте посадки, другие же начинают свои многолетние странствия. Нюхая воздух, просеивая почву, пробираясь по усеянной кратерами поверхности, эти аппараты упрямо ищут хотя бы малейший след марсианской влаги подобно умирающим от жажды в пустыне путешественникам. Они ищут признаки жизни, следуя той стратегии, которую специалисты НАСА называют «охотой за водой».

Основой этой стратегии является мысль о том, что вода и жизнь неразделимы. Там, где на Земле существует одно, неизменно имеется и другое. Есть веские причины верить в то, что вода является идеальной основой биологической жизни, причем не только на Земле, но и везде во Вселенной. Все что нужно, это водород и кислород, которые являются первым и третьим по количеству химическими элементами в космосе.

В жидком состоянии вода не имеет себе равных в удовлетворении потребностей жизни. Она обеспечивает передачу биохимической энергии, питательных веществ и ликвидацию отходов. Она определяет структуру и взаимодействие белков и прочих макромолекул. Она защищает от агрессивной космической радиации и обладает поистине замечательной способностью удерживать тепло. В отличие почти от всех прочих веществ во Вселенной, когда вода замерзает, она, как это ни странно, не сокращается, а расширяется, формируя защитную и изолирующую оболочку льда на поверхности. Это помогает океанам, озерам и прочим хранилищам воды не промерзать насквозь во время продолжительных холодов.

Охота за водой дает весомую отдачу тем ученым, которые изучают Марс. Каждый отправляемый на Марс космический аппарат ищет и находит воду. В итоге мы сегодня знаем, что наш соседний мир раньше был теплее, влажнее и пригоднее для жизни. Миллиарды лет тому назад все это изменилось, поскольку планета остыла и потеряла большую часть своего воздуха и воды. Началось тихое физиологическое старение Марса. Но сегодня на Марсе по-прежнему сохраняется спящая аквасфера, которая заперта в почве в виде льда, и периодически вырывается на поверхность в виде недолговечных соленых потоков.

Официально очередной этап программы НАСА по исследованию Марса имеет целью поиски признаков жизни. Предположительно, данный этап начался летом 2012 года, когда на красной планете совершил успешную посадку марсоход Curiosity размером с автомобиль. Верно то, что Curiosity в состоянии отыскивать органический углерод в образцах марсианских горных пород и почвы, но в основном он все так же идет по следу воды. Пока ему удалось прокатиться по высохшему руслу древней реки и найти ряд признаков, указывающих на то, что часть древней воды на Марсе была пригодна для питья.

Однако, как это ни удивительно, Curiosity не может ответить на вопрос о том, есть ли на Марсе что-то, что можно пить, хотя времени на это у него было предостаточно. Благодаря своему ядерному источнику энергии этот вездеход может странствовать по Марсу как минимум 14 лет. Этого достаточно, чтобы к нему присоединились дополнительные орбитальные станции, спускаемые аппараты и другие вездеходы. В итоге к концу десятилетия общее число исследующих Марс роботов может составить более десяти. В обозримой перспективе Марс будет находиться в центре внимания нашей науки о планетах, мешая всем прочим попыткам исследования других мест Солнечной системы.

Наши текущие исследования Марса стали более осторожными и методичными. Пожалуй, это результат перебора в прошлых поисках марсианской жизни. Стратегия движения по следу воды появилась после дорогостоящих и амбициозных миссий космических аппаратов «Викинг», которые совершили посадку на Марсе в 1976 году. Они искали жизнь, но ничего не нашли. Организаторы полета включили в состав бортового оборудования «Викингов» камеры. Вдохновил их на это не кто иной, как астроном Карл Саган (Carl Sagan), который полушутя заметил, что сосредоточившийся исключительно на жизни микробов спускаемый аппарат может не заметить слоняющихся рядом марсианских белых медведей.

Конечно, когда «Викинги» совершили посадку, белые медведи не появились. Да и микробы тоже. Спустя двадцать лет вразумленное и обузданное сообщество исследователей Марса все еще испытывало жгучую боль от неудачной миссии «Викингов», и НАСА провело пресс-конференцию, объявив на ней о том, что некоторые его ученые обнаружили в марсианском метеорите микроокаменелости, являющиеся признаком жизни. Доводы в пользу микроокаменелостей оспорили еще до того, как высохла типографская краска на сенсационных газетных заголовках, а через несколько лет их решительно развенчали. Но произошло это уже после того, как на марсианские исследования были выделены деньги. Они-то и помогли произвести на свет рекордный урожай марсианских роботов.

Наша навязчивая идея по поводу Марса объясняется его сходством с Землей, а также его близостью к нам. Если найти на соседней планете нечто явно инородное, скажем, бактерии, которые строятся не на ДНК и РНК, это укажет на то, что жизнь в двух соседних мирах, двигающихся по орбите вокруг нашей одинокой желтой звезды, появилась самостоятельно и независимо друг от друга. Тогда можно будет сказать, что мы не одиноки, ибо нам будет доподлинно известно, что жизнь это поистине космическое явление, столь же неизбежное в нашей Вселенной, как галактики, звезды и сами планеты.

Стратегия охоты за водой стала необходимым, но не единственным символом этого грандиозного устремления, но к сожалению, сейчас нам предстоит антракт длиной в несколько десятилетий, прежде чем начнется основное действие. Неуютная правда заключается в том, что несмотря на сноровку и чудеса мастерства наших роботов-разведчиков, поиски воды на Марсе превратились в будничную и однообразную работу космической науки 21-го века. Можно с уверенностью говорить о том, что это астробиологический эквивалент той пресной, но питательной запеканки, которую время от времени готовит ваша теща. Те истории в СМИ, которые возвещают об очередной находке воды на Марсе, больше говорят о нашей коллективной амнезии, нежели об обретении заветного знания, меняющего все наши представления.

На самом деле, занимающиеся Марсом ученые вынуждены умерить свои мечтания, строя гипотезы о постоянно сужающемся окне возможностей для возникновения в прошлом жизни на красной планете, а также о возможных остатках жизни на ней. Марсианские аборигены, если таковые вообще существуют, это скорее всего микробы, цепляющиеся за жизнь где-то глубоко под поверхностью Марса. Это ни в коем случае не умаляет важность исследований нашей соседней планеты, однако следует признать, что могут быть и другие, более многообещающие места для поисков внеземной жизни. На самом деле, если охота за водой это главный принцип и ориентир в поисках инопланетной жизни, то нам следует оторвать свои взоры от Марса и заглянуть дальше, присмотревшись к ледяной луне Юпитера под названием Европа.

Это холодное солнце, освещающее Юпитер и его спутники, тусклая лампочка, в четыре раза меньше по размеру и в 30 раз по яркости, чем наш дающий жизнь солнечный шар, который мы наблюдаем на земном небосклоне. Многие годы большинство ученых считали, что вода в системе Юпитера это твердый как гранит лед, а не рождающая жизнь жидкость. Но эти взгляды начали меняться, когда космические корабли НАСА «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 1979 году сфотографировали Европу, пролетая мимо Юпитера во время своего величественного путешествия к внешним пределам Солнечной системы.

Европа по своим размерам примерно такая же, как земная Луна, и некоторые ученые посчитали, что и у нее такая же древняя и инертная поверхность, изрезанная шрамами гигантских метеоритных кратеров. Однако они очень удивились, когда узнали, что у Европы есть яркая ледяная корка, в основном не имеющая дефектов поверхности. Это признак того, что внешняя оболочка планеты достаточно активна, чтобы скрыть характерные кратеры, которые со временем изъязвляют лицо Европы.

Но кора Европы не совсем безупречна. Там есть сеть зигзагообразных линий. Это разломы и трещины в ее ледяном панцире. Трещины заполнены красновато-коричневыми минеральными солями, поднимающимися из глубин. Их похожие на паутину узоры говорят о том, что вся поверхностная корка прокручивается над более глубоким слоем — теплым, влажным и скользким. Скорее всего, это глубинный океан. Исследователи выдвинули гипотезу о том, что поскольку Европа вращается вокруг Юпитера, приливообразующая сила гигантской планеты заставляет изгибаться внутреннюю часть этой луны и нагревает ее за счет силы трения подобно тому, как нагревается скрепка для бумаг, когда мы сгибаем ее туда-сюда своими пальцами. Океан, образовавшийся в результате приливно-отливного нагрева, существует почти столько же, сколько и сама система Юпитера. Таким образом, у него были в запасе миллиарды лет для возникновения и развития в его глубинах жизни.

Подтверждение наличия у Европы океана появилось лишь в середине 1990-х годов, когда космический аппарат НАСА «Галилео» вошел на орбиту Юпитера и начал вблизи изучать его самый заманчивый спутник. Он снял «хаотичную местность», где жидкая лава разрывала лед, превращая его в беспорядочные нагромождения типа айсбергов, переворачивающихся в замерзшем море. Позднее, во время измерения магнитного поля Европы, космический аппарат обнаружил признаки электропроводящего слоя под поверхностью — именно там, где должен находиться созданный приливно-отливным нагревом океан соленой токопроводящей морской воды.

Если Европа живая, если в ее темных водах существует некая биологическая жизнь, то последствия этого будут даже более ошеломляющими, чем обнаружение жизни на Марсе. В этом случае мы обратим свои взоры на другие спутники Юпитера, такие как Ганимед и Каллисто, а также на луны Сатурна Титан и Энцелад. А может, мы начнем изучать и карликовые планеты типа Цереры и Плутона, поскольку там вполне могут находиться значительные подповерхностные запасы воды, нагреваемые за счет сочетания приливной энергии и радиоактивного распада.

А если вода и жизнь существуют там, то почему они не могут существовать в центре крупных комет, которые образовались еще до планет и их спутников в Солнечной системе? Наша Солнечная система может кишеть скрытой от глаз жизнью почти столько же времени, сколько светит Солнце, а миры со льдом на полюсах вполне могут быть обиталищем биологических видов во Вселенной. Жизнь на таких планетах может вполне успешно существовать вопреки всем фатальным космическим катастрофам, будь то рывок в межзвездный мрак, как это делают блуждающие планеты, купание в жестком излучении от сверхновых звезд или возникновение черной дыры. Тогда мы сможем понять, почему Вселенная, как и наша Солнечная система, кажется нам столь необитаемой. При таком сценарии основные формы жизни, даже если у них есть глаза, никогда не увидят небо, звезды, свет и огонь. И у них практически нет надежды на то, чтобы выйти за пределы своего ледяного кокона.

После открытий «Галилео» в сообществе планетологов появился небольшой кустарный промысел. Ученые рассчитывали объем океана Европы и толщину покрывающего его льда, надеясь хоть как-то представить себе, какого рода жизнь может существовать в этом темном водном мире — и насколько он будет досягаем для будущих зондов. Дебаты длились более десяти лет, и в итоге исследователи пришли к мнению, что водная пучина Европы имеет глубину более 100 километров. Таким образом, объем воды в ней в два или даже в три раза превышает количество воды в земных океанах.

Толстая или тонкая у нее ледяная корка, это уже вопрос второстепенный. Главный вопрос, стоящий перед астробиологами, заключается в том, достаточно ли в беспросветных глубинах Европы свободной энергии, чтобы поддерживать биосферу, нужную для жизни, пусть даже впроголодь. Если под ледовой поверхностью Европы энергии мало, как считают многие исследователи, то океан в лучшем случае будет редко заселен небольшим количеством инопланетных микробов. Но если запасы энергии значительны, Европа сможет похвастать богатыми экосистемами, состоящими из сложных многоклеточных организмов. Может, там есть даже такие великолепные и грозные существа, как гигантские глубоководные кальмары, похожие на наших земных хищников из океанской бездны.

Расчеты плотности Европы указывают на наличие у нее железного ядра в окружении мантии из силикатных пород. Эти породы могут составлять океанское дно, являясь источником минеральных солей, выходящих на поверхность. Это очень полезный приток химической энергии и источник строительного материала для жизни. На морском дне Земли живут и пышно разрастаются сообщества организмов, полностью изолированные от поверхности и от солнечного света. Выживают они за счет химических реакций, порождаемых гидротермальными жерлами. Возможно, они смогут жить и в гидротермальных жерлах в глубинах Европы.

Многие ученые подозревают, что именно в таких донных оазисах на нашей планете из неживой материи впервые зародилась жизнь. Если ледяная корка тонкая и достаточно подвижная, полезная энергия может также проникать вглубь сверху через тепло и выбросы от периодически прилетающих на Европу комет. Либо же энергию могут выделять поднимающиеся из океанских глубин минеральные соли, которые окисляются на поверхности, а затем медленно просачиваются вниз через разломы во льду. Все чаще кажется, что в отличие от Марса, у которого в далеком геологическом прошлом могла — подчеркнем, могла — существовать активная биосфера, Европа может продемонстрировать богатое разнообразие внеземной жизни прямо сейчас.

Поэтому остается удивляться, почему мы уделяем такое щедрое внимание Марсу, в то время как Европа подает столь большие надежды на присутствие там жизни. Почему мы охотимся за кристаллами льда под поверхностью пустыни вместо того, чтобы исследовать инопланетные моря?

Во-первых, до Европы гораздо труднее добраться, чем до Марса, и она покажется вам гораздо менее гостеприимной, когда вы туда прибудете. Существующие космические системы солнечной энергии вряд ли смогут вырабатывать достаточное количество электричества из солнечного света, имеющегося на Юпитере. А те скромные источники ядерной энергии, которые имеются в распоряжении гражданских космических агентств, в основном уже задействованы в полетах на Марс. Из-за мощного магнитного поля, действующего как гигантский ускоритель частиц, Юпитер создает чрезвычайно опасную радиационную среду на поверхности Европы. Ее достаточно для того, чтобы человек в скафандре уже за несколько часов получил смертельную дозу радиации. Даже автоматическая орбитальная станция или спускаемый аппарат должны иметь мощную защиту от излучения, а это чрезвычайно дорого.

Есть также вопрос о том, как преодолеть ледяной панцирь Европы. Не исключено, что удастся найти такие участки, где корка льда аномально тонкая. В таком случае при помощи механического бура или плавильного устройства на атомной энергии можно будет проделать отверстие во льду и спустить туда погружаемый аппарат. Но затраты на проведение такой операции будут фантастические. Представьте себе, насколько трудно и дорого ставить буровую установку глубокого морского бурения не где-нибудь в Мексиканском заливе, а на другой планете. В прежние времена, когда финансирование было более щедрым, НАСА давало такую оценку: даже простой искусственный спутник Европы, не говоря уже о роющих тоннели спускаемых аппаратах и о радиоактивных криороботах, будет стоить почти пять миллиардов долларов. Правда, позднее появились другие оценки — что голый искусственный спутник Европы может обойтись примерно в два миллиарда долларов.

Но чем пристальнее мы изучаем Европу, тем больше понимаем, что ее трудности могут дать нам менее дорогостоящий и более быстрый путь к познанию ее океана. В конце прошлого года группа исследователей при помощи космического телескопа «Хаббл» обнаружила клубы водяного пара, выходящего в районе южного полюса Европы на высоту примерно 200 километров. Они выбрасывали в космос примерно 700 килограммов воды в секунду. Эти шлейфы из пара возникли в момент, когда Европа находилась на максимальном удалении своей орбиты. Данное обстоятельство говорит о том, что их приводят в действие трещины в коре, которые открываются и закрываются циклически, когда Европа изгибается под воздействием притягивающей энергии Юпитера.

Пока не ясно, связаны ли эти струи пара с самим подледным океаном, или они выходят из небольших, размером с моря или озера хранилищ воды, расположенных ближе к поверхности. Но вполне определенно можно сказать следующее: все, что выбрасывается вверх с водой, несет в себе примеси, являющиеся следствием физических, химических, а возможно, и биологических процессов, происходящих в глубине Европы. Пролетите на космическом корабле через такой шлейф пара, и кто знает — может, вам удастся поймать быстрозамороженную рыбу из океанских глубин.

В настоящее время финансируется всего одна миссия, способная выполнить такую задачу. Речь идет об автоматической межпланетной станции Европейского космического агентства Jupiter Icy Moons Explorer, которую планируется отправить в космос в 2022 году. На орбиту Юпитера она прибудет в 2030 году. Однако Jupiter Icy Moons Explorer не будет летать вокруг Европы, и за весь свой трехлетний орбитальный полет она может встретиться с этой луной всего дважды. Этого может оказаться недостаточно для того, чтобы взять пробы из временно возникающих шлейфов пара. По настоянию американского конгресса и администрации Обамы НАСА сегодня изучает возможности по совершению собственного полета на Европу. Однако те политики, которые призывают американское космическое агентство обратить внимание на Европу, не предоставляют ему настоящей свободы для таких действий. Склоки по поводу бюджета привели к тому, что смета НАСА на программу полета к Европе была урезана менее чем до одного миллиарда долларов. По предыдущим оценкам, это меньше половины затрат на голый искусственный спутник Европы, который может обойтись примерно в два миллиарда долларов.

Между тем, Марс притягивает к себе своей близостью, и мы прислушиваемся к этим манящим призывам как дети, решившие познать внешний мир, переночевав в палатке на заднем дворе. Наверное, с этим ничего нельзя поделать. Кроме проблем времени, энергии и денег, которые делают исследование Европы недоступным, есть еще и проблема человеческой психологии.

Даже если Марс абсолютно и безвозвратно мертв, мы все равно можем посмотреть на его красноватый диск в ночном небе и представить, что его ждет лучшее будущее. Когда-нибудь человек сможет пройтись по нему, а может, даже жить там. Но прогуляться или жить на Европе не мечтает никто. Если Марс это кривое зеркало, всматриваясь в которое, мы представляем себя исследователями приятно знакомых рубежей, то Европа это запертая дверь, а возможно, матово-черная глыба, холодная и безразличная бездонная пропасть, которая может когда-нибудь раскрыть свои тайны, если только нам удастся убедить себя в необходимости взглянуть на нее.

Ли Биллингс — научный журналист, чьи работы публикуют такие издания как Nature, New Scientist, Popular Mechanics и другие. Его первая книга называется «Пять миллиардов лет одиночества. Поиски жизни среди звезд» (Five Billion Years of Solitude: The Search for Life Among the Stars). Биллингс живет в Нью-Йорке.