Европа и другие спутники Юпитера могли сформироваться с собственным запасом строительных блоков жизни

США - Информационное агентство Эхбари

Европа и другие спутники Юпитера могли сформироваться с собственным запасом строительных блоков жизни

Ледяные спутники, вращающиеся в нашей Солнечной системе, стали основными целями в продолжающемся поиске понимания обитаемости и потенциала внеземной жизни. Среди наиболее интригующих — Европа, Ганимед и Каллисто, все они входят в систему галилеевых спутников Юпитера. Хотя их условия окружающей среды являются критическими факторами для оценки их обитаемости, лежащая в основе химия играет столь же важную роль. Жизнь, как мы ее понимаем, не может возникнуть без фундаментальных молекулярных строительных блоков.

Недавние научные исследования выявили убедительные доказательства того, что сложные органические молекулы (СОМ) – важнейшие химические предшественники жизни – присутствовали во время самого формирования галилеевых спутников и были включены в них с самого начала. Это открытие значительно повышает вероятность того, что простые формы жизни могут потенциально колонизировать обширные подповерхностные океаны, которые, как полагают, существуют под ледяной корой этих небесных тел.

Две ключевые исследовательские работы лежат в основе этих выводов. Первая, под названием «Формирование и выживание сложных органических молекул в околопланетном диске Юпитера», была опубликована в журнале The Planetary Science Journal, ведущим автором является доктор Оливье Муссис из отдела науки и исследования Солнечной системы Института исследований Юго-Запада (Southwest Research Institute). Вторая, «Доставка сложных органических молекул в систему Юпитера», появилась в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, написанная в основном Томом Кузину из Университета Экс-Марсель, CNRS, CNES, Institut Origines, при участии доктора Муссиса в качестве соавтора.

Хорошо установленным научным принципом является то, что жизнь не может существовать без СОМ. Кроме того, лабораторные эксперименты показали, что некоторые СОМ могут образовываться на крошечных ледяных зернах в протопланетных дисках – вращающихся дисках газа и пыли, из которых образуются планеты и спутники. Источниками энергии для этого образования обычно являются ультрафиолетовое звездное излучение или тепло, генерируемое динамическим движением материала внутри самого диска. Как только эти молекулы присутствуют в дисковой среде, они становятся доступными для включения в формирующиеся планетарные тела.

Однако возникает критический вопрос относительно околопланетных дисков – тороидальных структур газа и пыли, окружающих отдельные планеты. Могут ли те же процессы образования СОМ происходить внутри этих меньших, локализованных дисков, и могут ли эти молекулы затем найти свой путь к спутникам, формирующимся in situ вокруг их родительской планеты?

«Комбинируя модели эволюции диска и транспорта частиц, мы смогли точно количественно оценить условия радиации и температуры, которым подвергались ледяные зерна», — заявил ведущий автор Муссис в пресс-релизе. «Затем мы напрямую сравнили наши симуляции с другими лабораторными экспериментами, которые производят СОМ в реалистичных астрофизических условиях. Результаты показали, что образование СОМ возможно как в среде протосолнечной туманности, так и в околопланетном диске Юпитера.»

Исследователи разработали две сложные модели для изучения этого явления. Первая модель была сосредоточена на эволюции протосолнечной туманности, более ранней стадии формирования Солнечной системы, тесно связанной с протопланетным диском, но отличающейся от него. Эта модель рассматривает общий состав и химические условия внутри этого первозданного резервуара материи. Вторая модель конкретно касается Юпитера и его околопланетного диска. В то время как и околопланетные диски, и протосолнечные туманности являются местами формирования тел, околопланетные диски не имеют центральной звезды, что означает, что у них другая энергетика – критическое отличие.

Исследовательская группа затем интегрировала эти модели с симуляциями движения ледяных зерен через соответствующие диски. Этот подход позволил им реконструировать физическую и химическую историю материалов, которые в конечном итоге сформировали спутники Юпитера, с особым акцентом на четыре крупнейших галилеевых спутника: Европу, Ганимед, Каллисто и Ио. Европа широко считается основным кандидатом на наличие подледного океана, потенциально пригодного для жизни, а Ганимед также демонстрирует сильные признаки подобного океана. Доказательства существования океана у Каллисто менее убедительны, в то время как Ио, будучи интенсивно вулканическим, считается маловероятным местом для поддержания жизни, независимо от его первоначального химического состава.

Симуляции исследовали несколько сценариев. Значительным открытием стало то, что существенная доля ледяных зерен, происходящих из протосолнечной туманности, приобрела СОМ и была эффективно транспортирована в область околопланетного диска Юпитера, где формировались галилеевы спутники. В некоторых смоделированных сценариях до 50% доставленных ледяных зерен несли эти жизненно важные органические молекулы в нужное место.

«Предполагая, что галилеевы спутники сформировались в холодном околопланетном диске вокруг Юпитера, азотсодержащие соединения, потенциально присутствующие в их недрах, могли произойти от образования сложных органических молекул в протосолнечной туманности», — отметили исследователи в своих выводах.

Однако исследование принесло еще более захватывающее открытие: условия внутри самого околопланетного диска Юпитера способствовали образованию СОМ. Это предполагает двойное происхождение строительных блоков жизни, найденных на этих спутниках, что еще больше усиливает их астробиологический потенциал. Внутреннее тепло диска было достаточным для запуска химических реакций, необходимых для синтеза СОМ.

«В целом, наши симуляции предполагают, что частицы различных размеров, высвобожденные в разных точках во время эволюции околопланетного диска (CPD), проходят через области, где температуры достаточно высоки для термической обработки льдов, в частности льдов NH3:CO2, в сложные СОМ», — объяснила команда исследователей.

Эта гипотеза двойного источника подразумевает, что подповерхностные океаны таких спутников, как Европа, могут обладать не только необходимыми для жизни ингредиентами – водой, энергией и защитой от вредного излучения – но и сложной органической химией, необходимой для возникновения жизни. Это значительно укрепляет аргумент в пользу их обитаемости.

«Наши выводы предполагают, что спутники Юпитера не формировались как химически нетронутые миры», — заявил Муссис. «Вместо этого они могли аккрецировать, или накопить, значительный запас СОМ при рождении, обеспечивая химическую основу, которая могла бы впоследствии взаимодействовать с жидкой водой в их недрах.»

Возможность установления правдоподобных путей для образования и доставки СОМ предоставляет ученым критически важную основу для интерпретации данных, ожидаемых от предстоящих миссий. «Связывая лабораторную химию, физику дисков и модели транспорта частиц, наша работа может подчеркнуть, как обитаемые условия коренятся в самых ранних этапах формирования планет», — добавил Муссис.

Это исследование приобретает особое значение в преддверии миссий NASA Europa Clipper и Европейского космического агентства Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), обе из которых направляются для изучения спутников Юпитера. Эти миссии готовы предоставить беспрецедентные сведения о составе, структуре и потенциальной обитаемости этих миров, а такие исследования обеспечивают важный контекст для понимания их будущих открытий.

Информационное агентство Эхбари