Скрытая колыбель жизни на ледяных лунах? Новое исследование видит перспективы в гидротермальных источниках

Представьте себе планету, покрытую толстой ледяной корой, под которой скрывается океан жидкой воды. Такой мир, кажущийся на первый взгляд безжизненным, может таить в себе удивительные секреты. Глубоко под ледяной броней, на границе океана и каменистого ядра, могут бить ключом гидротермальные источники — настоящие оазисы тепла и химической активности.

На Земле гидротермальные источники, расположенные на дне океанов, играют важнейшую роль в формировании геохимии планеты и поддержании жизни. Они образуются, когда холодная океанская вода проникает в трещины в земной коре, нагревается за счет тепла, исходящего от магмы, и затем, обогащенная минералами, вырывается обратно в океан. Эти источники поддерживают уникальные экосистемы, в которых процветают хемосинтезирующие организмы, получающие энергию не от солнца, а от химических реакций.

Но что происходит с гидротермальными системами на ледяных мирах, где гравитация значительно слабее земной? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Калифорнийского университета в Санта-Круз провели серию сложных компьютерных моделирований, используя в качестве отправной точки данные о гидротермальной системе, расположенной на восточном склоне хребта Хуан-де-Фука в Тихом океане.

В центре внимания исследователей оказались так называемые «гидротермальные сифоны». Представьте два вулканических выхода, поднимающихся над дном океана. В одном из них происходит поглощение холодной воды, а в другом — выброс нагретой воды. Такая циркуляция поддерживается за счет разницы давлений, обусловленной разницей плотности холодной и теплой воды. Это и есть гидротермальный сифон.

В своих моделях ученые «понижали» гравитацию до уровня, характерного для Европы, спутника Юпитера, и Энцелада, спутника Сатурна. Результаты оказались весьма интригующими. Оказалось, что гидротермальные сифоны могут существовать и в условиях низкой гравитации, но с рядом важных отличий.

Во-первых, слабая гравитация приводит к уменьшению сил плавучести, что снижает скорость потока жидкости в системе. В результате нагретая вода дольше циркулирует в недрах, достигая более высоких температур. Это может привести к более активному взаимодействию воды с горными породами, изменению химического состава океана и созданию условий, благоприятных для хемосинтезирующей жизни.

Во-вторых, снижение скорости потока означает меньший перенос тепла, что может способствовать более длительному существованию гидротермальных систем на ледяных мирах. На Земле, где гравитация высока, гидротермальные системы быстро «выгорают», теряя тепловую энергию. На ледяных мирах они могут оставаться активными на протяжении миллионов и даже миллиардов лет.

Моделирование показало, что циркуляция воды в океанах ледяных миров через гидротермальные системы происходит значительно медленнее, чем на Земле. Для полного обновления океана Европе может потребоваться несколько сотен миллионов лет, а Энцеладу — несколько миллиардов лет.

Эти выводы имеют важные последствия для поиска жизни на ледяных мирах. Длительное существование гидротермальных систем в сочетании с высокими температурами реакций создают условия, в которых органическая материя может образовываться и эволюционировать. И хотя мы пока не можем отправиться на ледяные луны и проверить эти гипотезы непосредственно, компьютерное моделирование позволяет нам заглянуть в неизведанные глубины космических океанов и представить удивительные формы жизни, которые могут там существовать.

Если гидротермальные системы на ледяных мирах охлаждаются медленнее, не означает ли это, что они менее активны и вносят меньший вклад в химический состав океана?

На первый взгляд может показаться, что медленное охлаждение снижает активность системы. Однако это не совсем так. Низкая скорость потока жидкости компенсируется более высокой температурой, что способствует более интенсивному взаимодействию воды с породами. Кроме того, долгий срок существования гидротермальных систем позволяет им внести свой вклад в химический состав океана, пусть и не так быстро, как на Земле.

Моделирование показало, что множество гидротермальных сифонов могут существовать на ледяных мирах. Но какова вероятность обнаружения их с помощью космических аппаратов?

Обнаружение гидротермальных сифонов на ледяных мирах — чрезвычайно сложная задача. Во-первых, они скрыты под толстым слоем льда. Во-вторых, их размеры относительно невелики. В-третьих, выбросы гидротермальных плюмов могут быть слабыми и разбавленными окружающей водой. Однако ученые не теряют надежды. Новые миссии, такие как Europa Clipper, будут оснащены более чувствительными инструментами, которые позволят исследовать состав воды и льда на Европе и, возможно, обнаружить следы гидротермальной активности.

В статье не учитываются другие факторы, такие как приливные силы и экзотермические реакции, которые могут влиять на гидротермальные системы. Как это может изменить результаты моделирования?

Дополнительные факторы, такие как приливные силы и экзотермические реакции, могут усилить гидротермальную циркуляцию и привести к более высоким температурам и скоростям потока. Это означает, что реальные гидротермальные системы на ледяных мирах могут быть еще более активными, чем показано в моделировании.