Жыццё на Тытане

Тытан у мультыспектральным выглядзе

Жыццё на Тытане, буйнейшым спадарожніку Сатурна, на бягучы момант застаецца адкрытым пытаннем і тэмай для навуковых дыскусій і даследаванняў.

Тытан значна халаднейшы за Зямлю, таму на яго паверхні няма вадкай вады, але там ёсць азёры вадкага метана і этана, а таксама рэкі нават моры з іх, акрамя таго, яны могуць выпадаць у выглядзе ападкаў, як дождж з вады на Зямлі. З высокай верагоднасцю на Тытане знаходзіцца падпаверхневы вадкі акіян, які складаецца з аміяка і вады.

Асобныя мадэлі паказваюць, што Тытан можа падтрымліваць існаванне «інвентыраваных» паўпрапушчальных мембран на аснове акрыланітрыла ў вадкай непалярнай метан-этанавай сумесі на яго паверхні, але ва ўмовах, пры якіх метан-этанавая сумесь існуе ў вадкім стане, ўсе малекулы буйней і палярней акрыланітрыла непазбежна крышталізуюцца з-за значна большай сілы сувязі паміж палярнымі малекуламі (на гэтым прынцыпе заснавана фракцыянаванне вуглявадародаў і спіртавое асаджэнне нукляінавых кіслот). У той жа час у дадзеным асяроддзі назіраюцца складаныя хімічныя працэсы выбіральнага абмену і назапашвання шэрага рэчываў, што з’яшляецца тэмай шырокіх дыскусій сярод планетолагаў, у тым ліку і ў NASA. Атмасфера Тытана шчыльная, хімічна актыўная і багатая арганічнымі злучэннямі; гэтыя факты падштурхнулі вучоных да датаковых меркаванняў аб наяўнасці жыцця ці перадумоў жыцця, асабліва ў верхніх слаях атмасферы. Яго атмасфера таксама ўтрымлівае вадарод, а метан можа злучацца з асобнымі з арганічных злучэнняў (напрыклад з ацэтыленам для атрымання энэргіі і развіцця жыцця.

У чэрвені 2010 года, вучоныя, прааналізаваўшы дадзеныя місіі Касіні-Гюйгенс паведамілі аб анамаліях у атмасферы Тытана, каля яго паверхні. На падставе гэтага яны прапанавалі гіпотэзу аб «дыханні» прымітыўных біялагічных арганізмаў. згодна з гэтай гіпотэзай, арганізмы маглі б паглынаць газападобны вадарод і жывіцца малекуламі ацэтылена, пры гэтым у працэсе іх жыццядзейнасці ўтвараўся б метан. у выніку на тытане назіраўся б недахоп ацэтылена і зніжэнне вадарода каля паверхні. Але пакуль да гэтага часу няма бясспрэчных доказаў існавання жыцця на Тытане.

Тэмпература паверхні

З-за аддаленасці Тытана ад Сонца ён значна халаднейшы за Зямлю, тэмпература яго паверхні складае каля 94 К (-179 °С). Пры такіх тэмпературах вядзяны лёд не тае, не выпараецца і не сублімуецца, а заўсёды застаецца цвёрдым.

З-за моцнага холада, а таксама недахопу вуглякіслага газа ў атмасферы, вучоныя лічаць, што ўмовы на Тытане горшыя для ўзнікнення жыцця, чым на Зямлі да ўзнікнення жыцця. Але яны не выключаюць жыццё ў асяроддзі з вадкага метана і этана, і кажуць аб тым, што адкрыццё такіх формаў жыцця (нават вельмі прымітыўных) засведчыла б пра распаўсюджанасць жыцця ў Сусвеце.

Тэмпература ў мінулым

У 1970-х гадах астраномы выявілі нечакана высокія ўзроўні інфрачырвоных выкідаў ад Тытана. Адным з тлумачэнняў гэтага было тое, што паверхня Тытана была значна цяплейшай, чым чакалася, з-за парніковага эфекта. Асобныя ацэнкі тэмпературы паверхні нават набліжаюцца да тэмпературы ў халаднаватых рэгіёнах Зямлі. Існавала яшчэ адно магчымае тлумачэнне для інфрачырвонага выпраменьвання: на паверхні было вельмі холадна, але верхняя атмасфера награвалася за кошт паглынання ультрафіялетавага святла малекуламі этана, этылена і ацэтылена.

Тэмпература ў будучыні

Тытан можа стаць значна цяплейшым у будучыні. Праз шэсць міліярдаў гадоў, калі Сонца стане чырвоным гігантам, тэмпература на паверхні Тытана можа павялічыцца да 200 К (-70 °С), што дастаткова для існавання стабільнага акіяна з водна-аміячнай сумесі на яго паверхні. Гэтыя ўмовы могуць стварыць спрыяльнае асяроддзе для экзатычных формаў жыцця на працягу некалькіх сотняў міліёнаў гадоў. Гэтага часу дастаткова для зараджэння адносна простага жыцця.

Адсутнасць вады на паверхні спадарожніка ў вадкім стане

Бачная адсутнасць вады ў вадкім стане на паверхні Тытана была прыведзена NASA як аргумент супраць жыцця на спадарожніку. Паводле заяўлення агенцтва, вада мае важнае значэнне не толькі як «растваральнік для жыцця, якое мы ведаем», але з-за таго, што гэта «адназначна падыходзіць для садзейнічання самаарганізацыі арганічных рэчываў».

Фармаванне складаных малекул

Хаця Касіні-Гюйгенс і не быў абсталяваны для таго, каб паказаць доказы існавання складаных арганічных малекул, ён паказаў, што асяроддзе на Тытане шмат у чым падобнае да таго, што было на пачатковых этапах існавання Зямлі. Вучоныя мяркуюць, што атмасфера ранняй Зямлі была падобнай па свайму складу на цяперашнюю атмасферу Тытана, з важным выключэннем: адсутнасцю пароў вады на Тытане.

Былі распрацаваныя шматлікія гіпотэзы, якія спрабуюць пераадалець пераход ад хімічнай да біялагічнай эвалюцыі. Эксперымент Мілера-Юры і некалькі наступных эксперыментаў паказалі, што ў верхняй частцы атмасферы Тытана пад пастаянным уздзеяннем іанізуючага і кароткахвалявага выпраменьвання ідзе няспынны працэс утварэння складаных малекул і палімерных рэчываў. Менавіта з гэтых рэчываў, якія ўтвараюць сумесь вуглявадародаў з агульнай назвай таліны складаецца аранжавы смог, які поўнасцю хавае паверхню спадарожніка ў бачным дыяпазоне спектра. Рэакцыі пачынаюцца з дысацыяцыі азота, метана і суправаджаецца ўтварэннем сінільнай кіслаты, ацэтілена і больш складаных вуглявадародаў. Прадукты гэтых рэакцый ва ўмовах халоднай атмасферы, звычайна, маюць цвёрдую фазу агрэгатнага стана і ў выглядзе пылу асядаюць на паверхню. Магчымасць наступных рэакцый — аж да ўтварэння амінакіслотаў — таксама была вывучана, а паколькі нізкія тэмпературы на паверхні абмяжоўваюць хуткасць хімічных рэакцый, таксама былі атрыманы ацэнкі часу, неабходнага для атрымання прэбяітычных злучэнняў з улікам таго, што ў месцах падзення буйных астэроідаў і крыявулканічных раёнах магчыма наяўнасць абласцей з вадкай вадой каля паверхні. У кастрычніку 2010 вучоныя з Арызонскага ўніверсітэта абвясцілі аб выяўленні пяці нуклеацідных аснаванняў — будаўнічых блокаў ДНК РНК (так былі знойдзены амінакіслоты) — у дадзеным выпадку было паказана, што нуклеацідныя аснаванні могуць утварацца без наяўнасці вадкай вады ў якасці растваральніка.

Магчымасць пражывання пад паверхняй

Маделяванне прывяло да меркавання, што на Тытане існуе дастаткова хімічных рэчываў для пачатка хімічнай эвалюцыі аналагічна таму, што, як мяркуюць, адбылося на Зямлі. Хаця аналогія мае на ўвазе наяўнасць вады ў вадкім стане на больш працяглыя тэрміны, чым назіраемыя ў бягучы момант, усё ж на аснове асобных тэорый, ёсць меркаванні, што вада можа захавацца ў мёрзлым слое ізаляцыі. Цеплаабмен паміж унутранымі і знешнімі слаямі будзе мець рашаючае значэнне для захавання якой-небудзь групы жыцця. Выяўленне мікробнага жыцця шмат у чым будзе залежаць ад гэтых біягенных фактараў.

Акрамя таго, было адзначана, што вадкія акіяны аміяка ці, нават, вады могуць існаваць значна глыбей пад паверхняй. Моцнае прыліўное ўздзеянне Сатурна можа прывесці да разагрэва ядра і падрыманню дастаткова высокай тэмпературы для існавння вадкай вады. Параўнанне здымкаў «Касіні» за 2005 і 2007 гады паказала, што дэталі ландшафта змясціліся прыкладна на 30 км. Паколькі Тытан заўсёды павёрнуты да Сатурна адным бокам, такі зрух можа тлумачыцца тым, што ледзяная кара аддзелена ад асноўнай масы спадарожніка глабальнай вадкай праслойкай.

Мяркуецца, што ў вадзе ўтрымліваецца значная колькасць аміяка (каля 10%), які дзейнічае на ваду як антыфрыз, гэта значыць, паніжае тэмпературу яе замярзання. У спалучэнні з высокім ціскам, з боку кары спадарожніка, гэта можа з’яўляцца дадатковай умовай існавання падпаверхнявага акіяна.

Згодна з дадзенымі, апублікавнымі ў канцы чэрвеня 2012 года і сабранымі раней КА «Касіні», пад паверхняй Тытана (на глыбіні каля 100 км) сапраўды павінен знаходзіцца акіян, які складаецца з вады з магчымай невялікай колькасцю соляў. У выніках новага даследавання, апублікаванага ў 2014 годзе і заснаваных на гравітацыйнай карце спадарожніка, пабудаванай на падставе дадзеных, сабраных «Касіні», вучоныя выказалі меркаванне, што вадкасць у акіяне спадарожніка Сатурна вылучаецца высокай шчыльнасцю і экстрэмальнай салёнасцю. Хучэй за ўсё, яна з’яўляецца расолам у склад якога уваходзяць солі, якія утрымліваюць натрый, калій і серу. Акрамя таго, ў розных раёнах спадарожніка глыбіня акіяна змяняецца - у адных месцах вада прамярзае, знутры нарошчваючы ледзяную корку, якая пакрывае акіян, і слой вадкасці ў гэтых месцах практычна не злучаецца з паверхняй Тытана. Моцная салёнасць падпаверхнявага акіяна робіць практычна немагчымым існаванне ў ім жыцця.

Пражыванне ў вадкіх азёрах

Вуглявадародныя азёры на Тытане: радыёлакацыйная выява з КА Касіні, 2006 год

Акрамя таго, было выказана меркаванне, што жыццё можа існаваць у вадкіх метане і этане на паверхні Тытана, якія маюць форму рэчак і азёр, накшталт таго, як арганізмы на Зямлі жывуць у вадзе. Такія істоты б выкарыстоўвалі H₂ замест O₂, ўзаемадзейнічалі з ацэтіленам замест глюкозы, і выдзялялі б метан замест вуглякіслага газа.

Растваральнікі

Існуе дыскусія аб эфектыўнасці метана ў якасці растваральніка для жыцця ў параўнанні з вадой: вада з’яўляецца больш моцным растваральнікам, чым метан, што дазваляе ёй лягчэй пераносіць у клетку, але меншая хімічная рэактыўнасць метана дазваляе яму лягчэй утвараць буйныя структуры, напрыклад бялкі ці падобныя да іх рэчывы.

Іншае меркаванне складаецца ў тым, што арганізмы, якія жывуць у асяроддзі вадкага метана ці этана могуць выкарыстоўваць іншыя злучэнні ў якасці растваральніка. Напрыклад, фасфін (PH₃) і простыя злучэнні фосфар а і вадарода. Як вада і аміяк, фасфін мае палярнасць, але ён існуе ў выглядзе вадкасці пры больш нізкіх тэмпературах, чым аміяк ці вада. У вадкім этане фасфін мае форму асобных кропель, а гэта значыць, што ячэйкападобныя структуры маглі б існавць без клетачных мембран.

Вынікі даследаванняў

Яшчэ ў 2005 годзе астрабіёлаг Крыс Макей прадказаў, што калі метанагеннае жыццё спажывае атмасферны вадарод у дастатковым аб'ёме, то яна будзе мець прыкметны ўплыў на суадносіны сумесі ў трапасферы Тытана. Пазней аб гэтым у чэрвені 2010 года паведаміў Дарэл Штробель з Універсітэта Джона Хопкінса, які адзначыў лішак малекулярнага вадароду ў верхніх слаях атмасферы, што прыводзіць да сыходных патокаў на хуткасці прыкладна 10²⁵малекул за секунду. Каля паверхні вадарод, верагодна, знікае з-за яго спажывання метанагеннымі формамі жыцця. У тым жа месяцы ў іншым артыкуле было згадана, што каля паверхні Тытана не маецца ацэтылена, што адпавядае гіпотэзе, паводле якой, ацэтылен, як і вадарод, таксама спажываецца метанагенамі. Крыс Макей, пагадзіўшысь з тым, што наяўнасць жыцця з’яўляецца верагодным тлумачэннем вывадаў аб адсутнасці вадарода і ацэтылена каля паверхні, папярэдзіў, што, верагодна, ёсць і іншыя тлумачэнні гэтаму фенамену, а менавіта: напрыклад, магчымасць таго, што вынікі былі нявернымі з-за чалавечай памылкі ці наяўнасці асобных мінеральных каталізатараў.

Панспермія

Былі прапанаваны і альтэрнатыўныя тлумачэнні для гіпатэтычнагаіснавання жыцця на Тытане: калі жыццё і існуе на Тытане, то было б статыстычна вергодна, што яно ўзяло пачатак ад Зямлі ці іншай планеты і з’явілася незалежна ў ходзе працэса, вядомага як панспермія. Было прапанавана, што астэроіды і каметы маглі занесці туды жыццё. Але з другога боку, кожнай жывой істоце, якая апынулася ў крыягенных вуглявадародных азёрах Тытана, неабходна было прыстасавацца да вельмі складаных умоў жыцця, што з’яўляецца вельмі малаверагодным.

Гл. таксама

• Жыццё на аснове мыш'яка
• Альтэрнатыўная біяхімія
• Тытан, спадарожнік

Спасылкі

• Есть ли жизнь на Титане, нет жизни на Титане(недаступная спасылка) (руск.)
• жизнь на Титане Архівавана 9 сакавіка 2016.