Жизнь в кислотных облаках
Кандидат химических наук Максим Абаев
Часто приходится слышать: вода — это жизнь. Действительно, все известные живые организмы не могут обойтись без воды, просто потому, что сами частично состоят из неё.
С этим очевидным фактом связано направление поисков жизни за пределами Земли. Если нам удастся найти воду в жидком состоянии на другой планете или на каком-нибудь крупном спутнике, то это будет первое место, которое следует тщательно изучить, а ещё лучше добраться до него, взять капельку жидкости и посмотреть на неё в микроскоп. Вдруг там уже плавает что-то живое?
На заре освоения космоса учёные, тогда ещё не называвшие себя астробиологами, вполне резонно предполагали наличие жидкой воды, а то и вовсе живых организмов на ближайших к Земле планетах Солнечной системы: Марсе и Венере. Похожие на Землю по размерам, не очень близко и не очень далеко расположенные от Солнца, эти планеты вселяли надежду, что на них, возможно, есть инопланетная жизнь. Однако первые исследовательские аппараты, добравшиеся до Марса и Венеры в 60-х и 70-х годах XX века, спустили мечтающих познакомиться с внеземной жизнью с небес на Землю.
На Марсе оказалось слишком холодно, чтобы на нём могло существовать хоть какое-то озерцо с жидкой водой. (Хотя скромные ручейки с солёной водой там всё-таки отыскали. См. статью «Солёная правда о марсианской воде», «Наука и жизнь» № 11, 2015 г.) С Венерой всё оказалось ещё хуже. Температура почти в полтысячи градусов на её поверхности вместе с облаками из серной кислоты сделали предположения о наличии там хоть чего-нибудь более или менее живого решительно невозможными. Узнав об этом, астробиологи потеряли интерес к исследованию Венеры и переключились на поиски жизни или её следов на Марсе. Согласитесь, что вероятность найти что-то живое (или когда-то бывшее живым) в холодильнике намного выше, чем в печке. Впрочем, нашлись и те, кто ещё в 1960-х годах думал несколько иначе. А в свете недавних новостей у Венеры появился даже шанс стать первой планетой, на которой обнаружат внеземную жизнь.
Идея достаточно проста: если на поверхности планеты очень-очень горячо, а в окружающем её космосе очень-очень холодно, то между этими двумя крайними точками должна быть область, где ни жарко, ни холодно, а вода может существовать в жидкой форме. В атмосфере Венеры такие условия есть на высоте приблизительно 50 км. К тому же из-за очень плотной атмо-сферы давление на такой большой высоте соответствует атмосферному давлению на поверхности Земли. Но как что-то живое может закрепиться на высоте в полсотни километров?
Совсем недавно в научном журнале «Astrobiology» была опубликована статья с описанием того, как это может быть. Представим себе некий микроорганизм, который оказался достаточно высоко в атмосфере Венеры. Если он будет, образно говоря, летать сам по себе, то ничем хорошим для него это не закончится — рано или поздно он просто высохнет и умрёт, потому что влажность воздуха Венеры почти в 50 раз меньше, чем влажность в самом сухом месте на Земле — пустыне Атакама. Единственный способ выжить — попасть в более или менее крупную каплю жидкости, которая станет пусть и тесным, но всё же домом. Правда дом этот окажется весьма необычным — почти под самую крышу он будет заполнен серной кислотой, ведь, как мы помним, именно из неё состоят облака на Венере. Доля воды в такой кислотной капле может быть не более 15% — плохо, конечно, но лучше, чем ничего. Если учесть, что на Земле существуют разные бактерии-экстремофилы, способные выжить и в очень солёной воде, и в горячей, и даже в кислоте, то можно предположить существование гипотетического микроорганизма, которому по силам выжить и в концентрированной серной кислоте. Но на кислоте трудности венерианской жизни не заканчиваются.
Мелкие капли, неважно, из воды или из кислоты, имеют тенденцию объединяться друг с другом, становясь всё крупнее и крупнее. Но чем больше и тяжелее капля, тем быстрее она будет опускаться в расположенные ниже более горячие слои атмосферы. Если бы на Венере не было так горячо, то там вполне мог бы пролиться сернокислотный дождик, но в действительности, кислотные капли просто испаряются задолго до того, как достигают поверхности. Что же делать микроорганизму, оказавшемуся в стремительно испаряющейся капле? Ответ пока один — образовывать что-то наподобие спор, как это делают земные бактерии, когда попадают в непростые условия. В виде спор бактерии могут переживать высокую и низкую температуру, воздействие агрессивных химических веществ, да даже просто пролежать в своеобразной спячке миллионы лет. Однако в форме спор бактерии не могут размножаться, для этого им нужно вновь попасть в благоприятную среду.
К тому времени, как капля с серной кислотой полностью испарится, населявшие её микроорганизмы должны образовать споры, чтобы дождаться того момента, когда какой-нибудь восходящий поток воздуха закинет их повыше в атмосферу. Там споры будут играть роль ядер конденсации для зарождающихся капель серной кислоты. После этого цикл повторится снова: рост капли, выход из спор, размножение, опускание и испарение капли, образование спор.
Такой механизм — пока всего лишь предположение, как могла бы выглядеть венерианская жизнь, основанное на имеющейся у исследователей информации о процессах в атмосфере Венеры, её химическом составе и некоторого «прожиточного минимума» для гипотетического микроорганизма. Однако следом за той статьёй в «Astrobiology» последовала ещё более интересная статья в журнале «Nature Astronomy», авторы которой заявили об обнаружении в атмосфере Венеры одного газа — фосфина. Чем же это так взбудоражило научное сообщество?
Фосфин — ядовитый газ, молекула которого состоит из атома фосфора и трёх атомов водорода. Но важно другое: во-первых, фосфин — химически очень активное соединение, а во-вторых, на Земле его способны выделять некоторые бактерии, живущие в бескислородной среде. Первое означает, что фосфин будет быстро распадаться и вступать во взаимодействие с другими веществами. Особенно на Венере, где химическим реакциям способствуют и высокая температура, и агрессивный состав атмосферы. Поэтому если астрономы на Земле смогли обнаружить в атмосфере Венеры следы фосфина, значит там должен быть постоянный источник этого газа. Ведь если в магазине на полках всегда есть свежие продукты, значит их туда кто-то по-стоянно завозит. И весь вопрос — кто это или что это?
Исследователи проверили все возможные явления, которые могли способствовать образованию фосфина в атмосфере Венеры: фотохимические реакции в атмосфере, деятельность вулканов, молнии в сернокислотных облаках и падения метеоритов. Ни один из этих механизмов не смог объяснить наблюдаемую концентрацию газа (пусть и очень малую, на уровне 20 молекул фосфина на миллиард других молекул). Поэтому было сделано осторожное предположение, что фосфин в атмосфере Венеры может иметь биохимическое происхождение. Похожий ажиотаж несколько лет назад вызвала новость об обнаружении на Марсе другого газа с возможным «живым» происхождением — метана. Правда, тогда сразу было предложено и несколько обычных, «химических» объяснений.
Конечно, пока слишком рано заявлять: «На Венере нашли жизнь!» У астробиологов ещё очень мало информации, чтобы делать надёжные выводы, и, как обычно, в таких случаях нужны дополнительные исследования. И даже если окажется, что источник фосфина никак не связан с деятельностью неведомых нам микроорганизмов, хочется надеяться, что человечество вернётся к более тщательному изучению Венеры. Ведь инопланетный мир такой необычный и захватывающий!
Краткая хронология изучения атмосферы Венеры
Наличие атмосферы у планеты Венера установил Михаил Васильевич Ломоносов в 1761 году, когда наблюдал специфическое преломление солнечного света во время прохождения Венеры по диску Солнца (это редкое событие происходит приблизительно раз в 120 лет). Сколь-либо существенных возможностей для изучения атмосферы Венеры у исследователей не было вплоть до начала XX века. К этому времени большое развитие получили методы астрономической спектроскопии, да и в целом телескопическая техника сделала большой шаг вперёд. Но, конечно, наи-больший вклад в изучение Венеры внесли космические аппараты: советские автоматические межпланетные станции и спускаемые зонды программы «Венера» и «Вега» и американские аппараты серии Маринер, Пионер и Магеллан.
1962 год. Аппарат НАСА «Маринер-2» подтвердил высокую температуру поверхности планеты, наличие плотной атмосферы, преимущественно из углекислого газа, плотных облаков на высотах порядка 60 км и отсутствие магнитного поля.
1969 год. Спускаемый блок советской автоматической межпланетной станции «Венера-5» осуществил вход в атмосферу Венеры и передал на Землю данные о составе атмосферы, о давлении и температуре на разных высотах.
1975 год. Спускаемый аппарат «Венера-9» передал на Землю первые чёрно-белые фотоснимки поверхности Венеры, а также измерил уровень освещённости и скорость ветра.
1985 год. Советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2», включавшие посадочные модули и аэростатные зонды, измерили концентрацию аэрозоля серной кислоты в облаках, обнаружили мощные восходящие и нисходящие воздушные потоки и грозовые вспышки.
2006—2015 годы. Аппарат «Венера-экспресс» Европейского космического агентства провёл длительные наблюдения за динамикой атмосферы Венеры.
2020 год. С помощью наземного субмиллиметрового телескопа Джеймса Кларка Максвелла (JCMT) и радиотелескопа ALMA в атмосфере Венеры обнаружены следы газа фосфина.
Статьи по теме
Читайте в любое время
