Спутник-лаборатория: История с атмосферой

Спутник Сатурна Титан сегодня – прекрасная лаборатория для исследований прошлого нашей собственной планеты, еще лишенной жизни.

Совсем недавно мы писали об удивительной схожести таких непохожих, в общем-то, объектов, как наша Земля и спутник Сатурна Титан («Ничто земное Титану не чуждо»). У этой луны имеется и богатая азотом атмосфера, и геологическая активность, и климат с погодой, и «водная система», пускай и заполненная жидкими углеводородами… Все это богатство, конечно, очень привлекает исследователей, особенно с учетом того предположения, что подобные условия, в принципе, могут подходить и для существования здесь жизни. Более того, атмосфера Титана, считается, во многом аналогична атмосфере, существовавшей на молодой Земле. И механизмы, приведшие к ее появлению, и там и там, возможно, были одинаковы. Несмотря на то, что разделяют нас более миллиарда километров.

«Титан предоставляет замечательные условия для лучшего понимания некоторых химических процессов, которые в конечном итоге привели к появлению жизни на Земле, - считает испанский профессор Хосеп Триго-Родригес (Josep Trigo-Rodriguez), - Атмосфера Титана – это естественная лаборатория, ситуация в ней во многих аспектах совпадает с нашими представлениями о том, что представляла собой земная атмосфера до появления жизни». Это особенно примечательно с учетом того, что химический состав самого Титана и молодой Земли, а также их температурные режимы – заметно разные.

Как отмечают Триго-Родригес и его коллеги в своей новой публикации, Земля, предположительно, сформировалась из раскаленной, бедной кислородом породы планетезималей, находившихся во внутренних областях Солнечной системы. Основной Титана, напротив, стали насыщенные кислородом и другими высокоактивными элементами «кометезимали» внешних регионов Солнечной системы.

По мнению ученых, летучие органические вещества, первоначально имевшиеся в земной атмосфере, быстро были унесены в космическое пространство потоком солнечного ветра. Еще позднее, примерно 4 млрд. лет назад, в атмосфере появились активные элементы – кислород и другие – занесенные «на борту» комет, прибывших из дальних частей Солнечной системы и сталкивавшихся с молодой Землей в эпоху Поздней тяжелой бомбардировки (следы того события можно заметить на поверхности соседних небесных тел, лишенных значительной геологической активности – скажем, Луны и Марса).

С другой стороны, не все ученые придерживаются этой точки зрения. По их мнению, если кометы и внесли свой вклад в наличие на Земле кислорода, воды, углекислого газа и азота, вклад этот не мог быть решающим. В доказательство своей правоты они приводят данные по содержанию дейтерия в воде мирового океана, которое заметно отличается от этого показателя у известных комет (впрочем, недавно появились и противоположная информация – читайте: «Равенство воды»). Так или иначе, сторонники этой версии отдают важнейшую роль в наполнении Земли водой и органикой астероидам. И хотя сегодня эти небесные странники редко имеют их в достаточном количестве, в ту далекую эпоху немало из них еще несли изрядное количество и того, и другого.

А недавно Триго-Родригес с коллегами исследовал, каким образом водород, углерод, азот и кислород, а также распространенные их изотопы, могли взаимодействовать со своим новым окружением, попав – неважно, с кометами или астероидами – на Титан и на молодую Землю. Различное расстояние до Солнца, различные размеры и прочие местные условия привели к совершенно разным путям, которым происходила химическая эволюция у нас и на Титане. И если результат ее существенно различается, источник у обоих атмосфер был общий – насыщенные водой и простой органикой небесные тела. Авторы показали, что массивная бомбардировка могла в обоих случаях привести к атмосфере, состоящей в основном из азота, со сходным соотношением различных изотопов водорода, углерода, азота и кислорода.

Триго-Родригес резюмирует: «Судя по всему, список условий, необходимых для возникновения жизни, должен включать плотную атмосферу со взвешенным в ней “туманом” органических веществ и металлами, занесенными падениями метеоритов, которые могли бы служить катализаторами для формирования сложных органических соединений из простых предшественников – углекислого газа и метана». В самом деле, примерно так обстоит дело на Титане – и так, по некоторым данным, было когда-то и у нас, на Земле.

Однако вопрос о том, как Титан до сих пор удержал у себя такое количество метана, остается открытым. Расчеты показывают, что солнечная радиация должна была бы привести к разрушению всего его количества примерно за 30 млн лет. Судя по всему, у спутника имеется какой-то источник этого вещества, восполняющий потери. В атмосферу Титана метан попадает, испаряясь с поверхности местных озер, состоящих из жидких углеводородов, у нас на Земле существующих в форме газа. Но что наполнило озера, остается неясным: возможно, они сохранились с той далекой эпохи, когда Титан подвергался метеоритной бомбардировке.

Ответить на этот вопрос, по мнению испанских ученых, позволит лишь новая спускаемая миссия к этой загадочной луне Сатурна. Конечно, в 2005 г. аппарат Cassini сбросил на Титан зонд Huygens (о его работе читайте: «За туманом»), но он имел ограниченные возможности и проработал лишь 90 минут. Ученые надеются на то, что в будущем им удастся повторить исследование, и новый аппарат сможет раскрыть тайны этого холодного, странного и удивительного мира.

По публикации Space.Com