на титане нашли жизнь
На Титане нашли признаки жизни
Специалисты НАСА подтвердили существование в атмосфере Титана винилцианида — соединения, которое может являться компонентом клеточных мембран у микроорганизмов, возможно, обитающих в метановых океанах спутника Сатурна. Кратко о результатах исследования, опубликованных в журнале Science Advances, сообщается в пресс-релизе на сайте Phys.org.
Клеточные мембраны у земных организмов содержат фосфолипиды — молекулы, состоящие из полярной (растворимой в воде) «головки», содержащей атом фосфора, и двух неполярных хвостов из остатков жирных кислот. Такая структура способствует образованию эластичной оболочки у клеток. Однако у гипотетических микроорганизмов, чья жизнедеятельность основана на метане, а не на воде, мембрана должна состоять из других соединений, например винилцианида.
Ученые обнаружили следы винилцианида в атмосфере Титана на высоте 200 километров с помощью комплекса радиотелескопов Atacama Large Millimeter Array (Чили). При этом наибольшей концентрации молекулы достигали в районах над южным полюсом спутника. При низких температурах (минус 179 градусов Цельсия), характерных для Титана, винилцианид должен концентрироваться в капли и падать на метановые озера.
Моделирование показало, что в море Лигеи в северном полушарии Титана винилцианида должно быть достаточно для формирования 10 миллионов клеток в одном кубическом сантиметре. Это в 10 раз больше микроорганизмов, чем бактерий в прибрежных районах земных океанов.
Какой могла бы быть жизнь на Титане?
Титан — самый далекий объект в Солнечной системе, на котором однажды смог побывать созданный руками человека космический аппарат. Помимо этого, самый большой спутник Сатурна очень похож на нашу планету по многим важным параметрам, среди которых особенно выделяется наличие толстой атмосферы, схожей с земной. Единственным, что делает невозможным наличие жизни в том виде, в котором мы ее знаем, являются экстремально низкие температуры, царствующие повсеместно в этом сумеречном мире. Но что, если жизнь на Титане отличается от привычной? И если так, какой бы именно она могла быть?
Возможность наличия на Титане экзотической жизни будоражит умы ученых практически сразу с момента открытия этого спутника Сатурна
Есть ли жизнь на Титане?
Титан — один из самых интересных для изучения объектов в Солнечной системе, который был обнаружен в 1655 году знаменитым астрономом Христианом Гюйгенсом. Несмотря на то, что диаметр этого спутника Сатурна даже больше диаметра полноценной планеты Меркурий, сила тяжести в этом замороженном мире составляет всего одну седьмую земной. Этот факт может означать, что если вы однажды окажетесь на Титане, то нацепив себе на спину пару импровизированных крыльев, вы вполне сможете планировать над поверхностью Титана в условиях низкой гравитации без малейшей угрозы разбиться о каменистую гладь этого спутника.
Поверхность Титана представляет собой по-большему счету водяной лед, покрытый осадочными органическими веществами, которые теоретически могла бы использовать для своего развития простейшая экзотическая жизнь. Ученые считают, что вероятность возникновения на Титане жизни, похожей на земную, является крайне низкой, однако этот факт вовсе не означает, что жизни там нет места вообще.
Вид с поверхности Титана в представлении художника
В любом случае, возможность наличия на спутнике какой-либо жизни сможет подтвердить или опровергнуть миссия NASA Dragonfly, которая в 2034 году приступит к поискам пребиотической химии на Титане. Помимо миссии NASA, Европейское космическое агентство при возможном участии с Роскосмосом планирует направить в середине 2020-х годов в окрестности Сатурна и его спутников проект Titan Saturn System Mission (TSSM), который позволит изучить модель эволюции Титана и его геологические и климатические особенности.
Что же, кажется, новая эпоха в области астрономии и планетологии уже не за горами. А пока ученые ломают головы над новыми проектами, давайте попробуем обсудить возможность колонизации Титана в нашем Telegram-чате.
Жизнь на Титане: вероятный сценарий колонизации космоса
В январе издательство «Альпина Нон-фикшн» выпускает книгу «За пределами Земли: В поисках нового дома в Солнечной системе» планетолога Аманды Хендрикс и научного журналиста Чарльза Уолфорта. Forbes Life нашел в ней вполне реалистичное предположение того, как мог бы выглядеть человеческий быт на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, и публикует отрывок из книги.
Однажды люди научатся жить на Титане, самом крупном спутнике Сатурна. Они будут черпать энергию из безграничных запасов ископаемого топлива, а кислород — из замерзшей воды, составляющей большую часть массы Титана. Азотная атмосфера, которая плотнее земной, защитит человека от космического излучения и позволит ему жить в негерметичных строениях и передвигаться не в скафандрах, а в очень теплой одежде и респираторах. Люди будут кататься на лодках по озерам жидкого метана и летать, подобно птицам, в холодной плотной атмосфере при помощи крыльев за спиной.
Произойдет это потому, что в определенный момент в этом возникнет необходимость. Сегодня холодные мрачные небеса Титана непривлекательны и невероятно далеки. У нас пока нет технологий, позволяющих отправить людей на Титан. Но технологии развиваются, а перспективы Земли ухудшаются. В прежние времена человеческие существа уже отправлялись в неведомые и опасные дали, когда жизнь в привычном месте становилась невыносимой. Если жители Земли не начнут вести себя иначе, то новый мир на Титане, свободный от войн и климатических катаклизмов, может стать привлекательным для колонистов.
Строительство автономной космической колонии — в нескольких десятилетиях и технологических шагах от нас. Но многие ученые и инженеры уже думают о ней, поскольку это приключение — из тех, ради которых они выбрали профессию, и поскольку создание колонии ставит острейшие вопросы о сегодняшних технологиях, исследованиях и космической промышленности. В самом деле, такая цель, как переселение человека на другую планету, — лучшее оправдание программы США по пилотируемым космическим полетам.
Почему Титан?
Вода в жидкой и твердой форме вдали от Солнца встречается в изобилии. В глубинах спутников Сатурна и Юпитера содержатся скальные породы, но вода составляет куда большую долю их объема, чем у внутренних планет. Например, Титан крупнее Меркурия, его радиус на 50% превышает радиус Луны, но его плотность ниже, а тяготение, соответственно, слабее — ведь вода менее плотна, чем камень и металл.
В Солнечной системе только Титан буквально завален топливом, которое мы могли бы добывать и сжигать, пользуясь технологиями едва ли сложнее газовых печей, встречающихся в типичных американских домах. Земной природный газ в основном состоит из метана, как озера и моря Титана. Прибрежные дюны Титана — тоже углеводородные, в основном из более тяжелых и сложных органических соединений, которые называются полициклическими ароматическими углеводородами. Учитывая атмосферную углеводородную фабрику Титана и низкие температуры, все это логично.
Имея на Титане электростанции, питаемые углеводородным топливом, колонисты могли бы строить большие, освещенные теплицы, выращивать в них пищу и перерабатывать углекислый газ, выделяющийся при сгорании, обратно в кислород. Почти все можно было бы делать из пластика, произведенного из местного сырья. Для добычи металлов и других тяжелых элементов, необходимых для питательных веществ и производства электроники, колония могла бы заняться разработкой астероидов с помощью космических аппаратов. Располагая неограниченной энергией и доступом к ресурсам, колонисты в итоге смогли бы построить дома по берегам озер, ходить по ним на лодках и летать на личном авиатранспорте.
Как будет устроена наша жизнь
Многие ученые воображали, каково было бы жить на Титане, ведь кажется, что это было бы так просто. Ральф Лоренц из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса написал о Титане пару книг. Он предлагал разнообразные исследовательские миссии, в том числе судно, похожее на буй, и ряд метеостанций. Когда мы общались с ним, он говорил о подлодке. «Любой земной транспорт можно осмысленно использовать где-то на Титане», — сказал Ральф.
На Титане люди могут выжить без скафандров
Лоренц отмечает, что на Титане люди могут выжить без скафандров, передвигаясь тепло одетыми и в кислородных масках, и жить в негерметичных зданиях. Нетрудно вообразить себя в странном оранжевом ландшафте Титана, стоящим на влажном, мягком грунте вроде того, который обнаружил зонд «Гюйгенс», с разбросанной вокруг галькой твердого льда. Темпера- тура там около –180 °C, но в одежде с толстой теплоизоляцией или нагревающими элементами было бы комфортно. Если одежда прорвется, это не убьет вас — главное не замерзнуть. Здесь не нужен громоздкий герметичный костюм вроде тех, что астронавты носят на Луне или в вакууме космоса.
Жилище на Титане может быть устроено подобно жилищам в полярных областях Земли, с использованием воздухонепроницаемой изоляции и свай, уберегающих от таяния лед и замерзшие углеводороды, на которых оно стоит. Простые двойные двери удержат кислород внутри. Если жилище даст течь, ее нужно устранить, но никакой непосредственной угрозы она не представляет. Устранить проблему до надлежащего ремонта можно куском изоленты. Вездесущие углеводороды содержат немало канцерогенов, поэтому, входя домой, важно почистить и снять уличную одежду.
У Титана и Антарктики есть некоторое сходство. Чтобы выжить в этих местах, требуется активное использование технологий, самое важное — обогрева. И туда и туда нужно везти припасы. Чтобы остаться в таком месте навсегда без внешней поддержки, понадобится источник энергии и производство пищи в закрытом помещении. В Антарктике, вероятно, полно ископаемого топлива, однако, чтобы его получить, потребуется пробить толстый лед. На Титане топливо лежит прямо на поверхности, а вот кислород придется добывать из недр. И там и там, чтобы выйти наружу, нужно подобающим образом одеться. Температура на Титане куда ниже, но погода там спокойнее.
Главное отличие Антарктики от Титана в том, что в Антарктике можно дышать атмосферным воздухом. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота и на 20% — из кислорода. Атмосфера Титана — на 95% из азота и на 5% из метана. Мы не можем жить без кислорода, но все же воздух Титана для нас не является мгновенным ядом. В нем достаточно цианида, чтобы от него сильно разболелась голова, а азот приведет к наркозу, знакомому водолазам: обратимому состоянию, похожему на опьянение. При поломке дыхательного аппарата вы потеряете сознание через минуту, но вас можно возвратить к жизни, если вовремя предоставить доступ к кислороду.
В слабом поле тяготения Титана легко летать
Давление атмосферы Титана на 50% выше, чем на Земле. Этой атмосферы более чем достаточно для защиты от радиации и микрометеоритов. Из-за холода воздух также вчетверо плотнее, чем на Земле. Это приводит к двум любопытным побочным эффектам. Первый — медленно меняющаяся устойчивая погода. Второй — в слабом поле тяготения Титана легко летать.
Тяготение Титана составляет лишь 14% земного, даже меньше, чем лунные 17% (Титан куда крупнее Луны, но Луна содержит больше скальных пород, масса которых порождает более сильное тяготение, чем вода, из которой по большей части состоит Титан). В слабом лунном тяготении астронавты «Аполлона» передвигались прыжками, как при замедленной съемке, будто воздушные шарики, отскакивающие от пола. На Титане с еще меньшей гравитацией их бы дополнительно поддерживала плотная атмосфера; в костюме с крыльями они легко планировали бы на значительные расстояния.
Назад дороги не будет
Человеческое тело, вероятно, приспособится к Титану таким образом, что это затруднит возвращение на Землю.
Наши тела обусловлены тяготением. Кости бегунов формируются более прочными благодаря силе, с которой их стопы сталкиваются с землей. Пациент, надолго прикованный к больничной койке, теряет мышечный тонус и порой ослабевает настолько, что не может стоять. NASA разобралось, как тренировать астронавтов на МКС, чтобы они сохраняли мышечную массу и плотность костей в ходе шестимесячного пребывания в невесомости, но для этого требуется проводить на специальных тренажерах по два часа в день. Большинство колонистов на Титане, скорее всего, будут придерживаться распорядка тренировок не лучше типичного обитателя Земли с неиспользованным абонементом в спортзал. Со временем они, скорее всего, слишком ослабнут для того, чтобы жить на Земле.
Колонисты также будут зависеть от искусственного освещения. Каждый, кто жил в северных широтах, знает, что естественный свет и темнота регулируют жизнь, влияют на настроение и работоспособность как в помещениях, так и на улице. На полюсах солнце светит все лето, а всю зиму стоит ночь. На полюсах никто, кроме исследователей, не живет, но жителям северных регионов намного южнее полюса все равно приходится приспосабливаться к изменениям освещенности физически и с помощью технологий. Коренные народы пережидали зиму, получая из пищи вроде жира морских млекопитающих витамин D, который жители умеренных климатических зон получают от Солнца. Летом народы Севера становятся энергичными и долгими солнечными днями запасают пищу.
Современные обитатели полярных климатических зон поддерживают суточный цикл сна и бодрствования искусственным освещением. Они питаются обработанной пищей, содержащей витамин D (однако зачастую в недостаточном количестве). В отсутствие регулируемого суточного цикла и достаточного количества яркого света и витамина D многие люди впадают в депрессию и сезонную хандру, начинающуюся с осенним ослабеванием естественной освещенности.
Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными
На Титане освещение помещений и подобающая диета будут круглогодичной необходимостью. Естественные циклы света и темноты будут совершенно непривычными. Будучи спутником Сатурна, Титан всегда повернут к нему одной и той же стороной. Однако оранжевая атмосфера, вероятно, не позволяет увидеть звезды и планеты. (Во всяком случае, Титан находится в плоскости колец Сатурна, так что их не будет видно.) Колония, без сомнения, была бы построена на стороне Титана, обращенной к Сатурну; в этом месте отраженный от Сатурна свет, вероятно, поддерживает слабую освещенность в течение всего дня, за исключением времени, которое Титан оказывается в тени Сатурна. День длится 16 земных суток, так что пару недель освещение будет слегка усиливаться Солнцем, а следующая пара недель будет потемнее. Год на Титане равняется 29 земным годам, так что каждое из четырех времен года длится примерно 7,5 лет. «Кассини» исследовал Титан почти половину местного года, начав летом у южного полушария; сейчас начинается лето в северном полушарии, и мы лишь начинаем понимать влияние сезонов на погоду.
Нам пока еще многое не известно о Титане, но мы знаем, что если туда доберемся, то смогли бы там жить.
Какого рода жизнь мы могли бы найти на Титане?
Может ли на крупном спутнике Сатурна Титане быть жизнь? Этот вопрос заставляет астробиологов и химиков осторожно и творчески подходить к химии жизни, которая может отличаться от той, к которой мы привыкли здесь, на Земле. В феврале группа ученых Корнелльского университета, включая химика-инженера Джеймса Стевенсона, планетолога Джонатана Лунина и химика-инженера Паулетт Клэнси, опубликовала прорывное исследование, из которого вытекает, что в экзотических химических условиях этой замечательной луны могли образоваться клеточные мембраны.
Во многих отношениях Титан — близнец Земли. Это второй по величине спутник в Солнечной системе, он больше планеты Меркурий. Как и Земля, Титан обладает существенной атмосферой, давление которой на поверхности немного ниже земного. Помимо Земли, Титан является единственным объектом нашей Солнечной системы, который накапливает жидкость на поверхности. Космический зонд NASA «Кассини» обнаружил обильные озера и даже реки в полярных регионах Титана. Крупнейшее озеро, или море, море Кракена, больше Каспийского моря на Земле. Ученые знают, как по наблюдениям аппарата, так и по лабораторным экспериментам, что атмосфера Титана богата сложными органическими молекулами, которые являются строительными кирпичиками жизни.
Ученые Корнелльского университета отвели изучению этого вопроса важную роль: они исследовали, могут ли клеточные мембраны существовать в жидком метане. Каждая живая клетка является, по существу, самоподдерживающейся сетью химических реакций, содержащихся в пределах мембран. Ученые думают, что клеточные мембраны образовались очень рано в истории Земли, а их образование вообще могло было быть первым шагом в происхождении жизни.
Здесь, на Земле, клеточные мембраны известны нам по урокам биологии. Они состоят из крупных молекул — фосфолипидов. У каждой молекулы фосфолипида есть «голова» и «хвост». Голова содержит фосфатную группу, атом фосфора, связанный с несколькими атомами кислорода. Хвост состоит из одной или нескольких цепей атомов углерода, обычно от 15 до 20 атомов в длину, с прикрепленными атомами водорода с каждой стороны. Голова из-за отрицательного заряда своей фосфатной группы имеет неравное распределение электрического заряда, мы называем ее полярной. Хвост, с другой стороны, электрически нейтрален.
Когда молекулы фосфолипидов растворяются в воде, электрические свойства двух этих веществ работают совместно, заставляя молекулы фосфолипидов организовываться в мембраны. Эта мембрана закрывает себя в небольшую сферу, называемую липосомой. Молекулы фосфолипидов образуют бислой толщиной в две молекулы. Полярные гидрофильные головки обращены наружу по направлению к воде, изнутри и снаружи мембраны. Гидрофобные хвосты зажаты между, направленные друг на друга. В то время как молекулы фосфолипидов остаются зафиксированными в своем слое, а их головки обращены наружу, хвосты внутрь, они могут двигаться относительно друг друга, обеспечивая мембрану гибкостью жидкости, необходимой для жизни.
Фосфолипидные бислойные мембраны являются основой всех клеточных мембран на Земле. Липосомы могут расти, размножаться и осуществлять определенные химические реакции, необходимые для жизни, поэтому некоторые биохимики считают, что образование липосом, возможно, было первым важным шагом в направлении жизни. В любом случае формирование клеточных мембран, безусловно, является одним из первых шагов к появлению жизни на Земле.
Проводились эксперименты, в ходе которых фосфолипиды растворяли в неполярных жидкостях при обычной комнатной температуре. В таких условиях фосфолипиды образуют два слоя вывернутых наизнанку мембран. Полярные головки молекул фосфолипида находятся в центре, притягиваясь друг к другу электрическими зарядами. Неполярные хвосты обращены наружу на каждой стороне вывернутой наизнанку мембраны, встречая неполярный растворитель.
И хотя она не будет состоять из фосфолипидов, ученые посчитали, что любая клеточная мембрана Титана будет, тем не менее, похожей на вывернутую наизнанку фосфолипидную мембрану, созданную в лаборатории. Она будет состоять из полярных молекул, цепляющихся вместе электрически в растворе неполярного жидкого метана. Какими могли бы быть эти молекулы? Для ответа ученые изучили данные космического аппарата «Кассини» и лабораторных экспериментов по воспроизводству химии атмосферы Титана.
Атмосфера Титана, как известно, имеет очень сложную химию. Она состоит по большей части из азота и газообразного метана. Когда космический аппарат «Кассини» проанализировал ее состав с помощью спектроскопии, он нашел следы различных соединений углерода, азота и водорода, нитрилы и амины. Ученые смоделировали химию атмосферы Титана в лаборатории, подвергая смеси азота и метана источникам энергии, имитирующих солнечный свет на Титане. Образовалась тушенка из органических молекул под названием «толины». Они состоят из соединений водорода и углерода (углеводородов), нитрилов и аминов.
Синтезировать азотосомы для экспериментального исследования было бы трудно и дорого, поскольку эксперимент должен был бы проводиться при криогенных температурах жидкого метана. Но так как молекулы-кандидаты расширенно изучались по другим причинам, ученые Корнелльского университета сочли оправданным обращение к инструментам вычислительной химии для определения того, могут ли их молекулы соединяться как гибкая мембрана в жидком метане. Вычислительные модели успешно используются для изучения обычных фосфолипидных клеточных мембран.
Ученые из Корнелльского университета отмечают, что их выводы не более чем первый шаг к изучению возможности существования жизни в жидком метане, а также к разработке методов, которые понадобятся будущим космическим аппаратам для поиска ее на Титане. Если жизнь может существовать в жидком метане, последствия такой находки пойдут далеко за пределы Титана.
Есть ли жизнь на Титане?
Спутник Сатурна давно будоражит умы любителей космоса. Еще в 1950 году гений прозы и научной фантастики Курт Воннегут в романе «Сирены Титана» размышлял о жизни на спутнике газового гиганта. Правда, у Воннегута Титан населяли невероятной красоты синие птицы, что, учитывая современные знания об этом небесном теле, вряд ли возможно. Тем не менее, у ученых имеются серьезные основания полагать, что жизнь на Титане все-таки есть.
В 1970-х годах выдающийся астроном и популяризатор науки Карл Саган и химик Бишун Харе публиковали статьи, описывающие органические химические процессы, которые могут иметь место на луне Сатурна. В те годы науке еще не было известно, что на Титане существуют целые моря.
Однако, это не помешало ученым продемонстрировать, что аминокислоты можно производить, используя элементы, обнаруженные в дымке атмосферы Титана.
Атмосфера Титана?
Благодаря снимкам телескопа Hubble еще в 1990-х ученые умы предполагали наличие жидкой воды на Титане. Однако, все стало ясно как день после снимков, полученных миссией NASA Кассини.
В 2004 году космический аппарат начал всматриваться под облачный покров Титана. А уже в 2005 году Кассини отправил на спутник Сатурна зонд Гюйгенса, прямо к экватору Титана. Данные, отправленные обратно на Землю, показали, что этот далекий мир удивительно похож на нашу родную планету.
Однако впечатление это несколько обманчиво. Сезонные ливни оставляют на поверхности спутника пятна, которые видны с орбиты. Это озера. Получается, что спутник Сатурна — единственное место Солнечной системы, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкая вода. И даже реки и ручьи, впадающие в моря и озера, окруженные береговыми линиями и островами.
Стоит ли говорить, что наличие воды в жидком виде — веский аргумент в пользу существования жизни. Напомним, что жидкая вода также может существовать в ледяных шапках на Марсе.
Титан — Луна Сатурна
Но если на Титане есть жизнь, какая она? Похожа ли она на то, что нам знакомо? По мнению астробиологов, жизнь на луне Сатурна может быть по-настоящему странной. Некоторые ученые не отрицают, что эта жизнь, если мы ее найдем, вместо водной основы может предпочитать углеводороды. Участники нашего Telegram-чата придерживаются такого же мнения.
Мы не узнаем, является ли жидкая вода единственным необходимым критерием для возникновения жизни, пока сами не окажемся там и не выясним это. Так, в 2030 году NASA планирует отправить на Титан самый настоящий вертолет. Космическому аппарату присвоили имя Dragonfly, или просто Стрекоза. Основной задачей Стрекозы станет поиск жизни на спутнике Сатурна.
Однако пока на дворе царит 2019 год, нам остается лишь гадать, есть ли кто живой на втором по величине спутнике Солнечной системы.
А вы как думаете, кто обитает в океанах Титана?