Что потребляет водород и ацетилен на Титане?

Две новые статьи, основанные на данных, полученных "Кассини"- рассматривают процесс химической активности на поверхности спутника Сатурна Титана. Хотя "не-биологическая химия- одно из возможных её объяснений, некоторые ученые считают, что химические подписи укрепляют аргументы для наличия примитивных, экзотических форм жизни или её предшественников на поверхности Титана. По одной из версий выдвинутых астробиологами,эти подписи сотответствуют двум важным условиям, необходимые для предположения о существование "метановой жизни".

Одним из ключевых выводов следующих из статьи размешённой в онлайн журнале "Icarus", является исчезновение молекул водорода у поверхности Титана. В другом документе, размещённом на сайте Journal of Geophysical Research- приводится карта распределения углеводородов на Титане, показывающая отсутствие ацетилена.

Отсутствие ацетилена важно, та-как он химически активен и вероятно будет являться лучшим источником энергии для метановых форм жизни на Титане- говорит Крис Маккей, астробиолог НАСА, который высказал ряд условий, необходимых для такого рода жизни на Титане ещё в 2005 году. Одно из толкований данных по ацетилену говорит о том, что эти углеводороды в настоящее время потребляются в пищу. Однако Мак-Кей говорит, что исчезновние водорода является даже более критическим фактором.

"Мы предложили потребления водорода, потому что это очевидно пригодный газ для жизни на Титане, подобно тому как мы потребляем кислород на Земле", сказал Маккей. "Если эти признаки действительно окажутся признаками жизни, это было-бы вдвойне захватывающе, поскольку они будут представлять вторую форму жизни, независимую от водно-основанной жизни на Земле".

На сегодняшний день, метанавая жизнь носит лишь гипотетический характер. Ученые пока не обнаружили подобные образцы жизни где-бы то ни было, хотя на Земле и существуют водно-основаные микроорганизмы, процветающие на метане или производящие его как ненужный продукт. На Титане, где температура составляет около 90 Кельвина (минус 290 градусов по Фаренгейту), метановые организмы должны использовать другие жидкие вещества в качестве среды для жизнедеятельности, но не саму воду. Вода замерзла-бы на поверхности Титана и была слишком холодной для поддержания жизни, в тмо виде как мы ее знаем.

Список кандидатов в такие жидкости очень короткий: непосредственно метан и связанные молекулы, типо этана. Хотя наличие жидкой воды широко рассматривается как необходимое условие для жизни, в научной литературе давно наблюдаются многочисленные спекуляции (о жизни на другой основе).

Новые данные с учетом условий, которые могли бы производить экзотические метановые формы жизни, высказал Даррелл Штробель, учёный из группы "Кассини" на базе Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, которому принадлежит авторство публикации о водороде на Титане.

Штробель, который изучает верхние слои атмосферы Сатурна и Титана, проанализировал данные инфракрасного спектрометра "Кассини" в своей новой статье. В ней приводится плотность водорода в различных частях атмосферы и поверхности. Предыдущие модели предсказывали, что молекулы водорода являются побочным продуктом расщепления солнечным ультрафиолетом молекул ацетилена и метана в верхних слоях атмосферы, а значит они должны быть распределены во всех слоях атмосферы достаточно равномерно.

Штробель однако нашёл различия плотности распределения водорода, которые приводят к стеканию его на поверхность со скоростью около 10000 триллионов триллионов молекул водорода в секунду. Речь идет о той же скоростью, с которой молекулы убегают из верхних слоев атмосферы.

"Это как если-бы у вас был шланг, и вы брызгали водородом на землю, а он исчезал", говорит Штробель. "Я не ожидал такого результата, потому что молекулярный водород является чрезвычайно химически инертным, очень легким и надежным. Он должен "плавать" в верхней части атмосферы и "убегать".

Штробель сомневается, что водород в настоящее время сохраняется в каких-то подземных пустотах на Титане. Поверхность Титана так холодна, что данные химические процессы могли-бы быть возможны только в присутствие катализатора, необходимого для преобразования молекул водорода и ацетилена обратно в метан. Энергетический барьер может быть преодолен, если на Титане имеется неизвестный минерал, действующий в качестве такого катализатора.

Исследования углеводородных карт, возглавляемое Роджером Кларкрм, другим ученым из группы Кассини на базе Геологической службы США в Денвере, анализирует данные визуального и инфракрасного спектрометра Кассини. Ученые ожидали увидеть взаимодействия солнечных лучей с химическими веществами в атмосфере, приводящие к образованию ацетилена, падающего на поверхность Титана. Но "Кассини" не обнаружил ацетилена на поверхности.

Кроме того спектрометр "Кассини" обнаружил отсутствие водяного льда на поверхности Титана, но нашёл наслоения бензола и прочих материалов, как представляется- органических соединений, которые пока не смогли идентифицировать. Полученные данные позволяют ученым полагать, что органические соединения покрывают водяной лед, образующий кору Титана пленкой углеводородов по меньшей мере от нескольких миллиметров- до сантиметров, а возможно и гораздо глубже в отдельных местах.

"Химический состав атмосферы Титана состоит из органических соединений, которые проливаются на поверхность дождями жидкого метана и этана настолько быстро, что должны вымывать органические наслоения, однако лед снова быстро покрывается ими", рассказывает Кларк. "Все это подразумевает, что Титан является динамичным местом, где органическая химия происходит сейчас".

Отсутствие обнаруживаемого ацетилена на поверхности Титана вполне может иметь и не-биологическое объяснение, говорит Марк Аллен, главный исследователь коллектива по Титану из NASA Astrobiology Institute на базе Jet Propulsion Laborator в Пасадене. Аллен говорит, что возможно солнечный свет или космические лучи являются преобразователями ацетилена в ледяные аэрозоли в атмосфере или в более сложные молекулы, которые падают на поверхность без каких-либо родписи ацетилена.

"Научный консерватизм предполагает, что биологическое объяснение должно быть последним выбором", сказал Аллен. "У нас много работы, которую нужно сделать, чтобы исключить возможные небиологических объяснения. Вполне вероятно, что химический процесс, без биологии, сможет объяснить эти результаты - например, реакции с участием минеральных катализаторов."

"Эти новые результаты удивительны и захватывающи", говорит Линда Spilker, учёный проекта Кассини из JPL. "Кассини" совершит ещё много облетов Титана, которые могут помочь нам разобраться с тем, что происходит на поверхности ".

"Кассини-Гюйгенс является совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. JPL, подразделение Калифорнийского технологического института, руководит миссией для NASA's Science Mission Directorate, Вашингтон, округ Колумбия. "Кассини" был спроектирован, разработан и собран в JPL.