Шестой по величине спутник Сатурна называется Энцелад и назван в честь гиганта из греческой мифологии. Гиганты сражались с греческими богами за владычество над миром и не обязательно отличались высоким ростом, однако славились силой. В частности, на одном блюде, созданном в Аттике в VI веке до н. э., Энцелад изображен сражающимся с самой Афиной (теперь это блюдо хранится в Лувре). Что касается Энцелада – спутника Сатурна, то его открыл астроном Уильям Гершель в 1789 году, а название ему дал сын Уильяма Джон Гершель в 1847 году. Казалось бы, такой невзрачный спутник, занимающий скромное шестое место по размерам даже среди спутников Сатурна, не должен привлекать особого внимания. Ведь его диаметр едва достигает 500 км, так что едва ли он сохраняет хоть какое-то тепло. Однако Энцелад с ходу загадал астрономам загадку. Изображения спутника, которые получил в 1981 году «Вояджер-2», пусть и сделанные с большого расстояния, показали, что южное полушарие Энцелада довольно гладкое, почти без кратеров, зато в северном кратеров гораздо больше. Поскольку спутники Сатурна подвергаются постоянной бомбардировке метеоритами, такая конфигурация указывает, что область вокруг южного полюса Энцелада каким-то образом восстановила гладкость. Кроме того, астрономы знали, что Энцелад покрыт льдом, поскольку, как выразился Морган Кейбл, ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА, Энцелад – «один из самых белых и ярких объектов в Солнечной системе».
Космические исследования – дело сложное, требующее терпения и довольно дорогостоящее. Вот почему после «Вояджера-2» исследователи прождали больше двадцати лет, прежде чем сделали следующий шаг в исследованиях Энцелада. Космический зонд НАСА «Кассини» целых 23 раза пролетел мимо Энцелада в 2015–2017 годах – и изображения и данные, полученные в результате этих пролетов, были так восхитительны, что их стоило ждать. При первом пролете «Кассини» подошел к спутнику на расстояние всего 1200 км, и его магнитометр зарегистрировал искажение магнитного поля Сатурна над южным полюсом Энцелада. Возможно, это вызвано извержением из Энцелада какого-то вещества, поскольку установленный на борту зонда анализатор космической пыли зарегистрировал много частиц размером с пылинку.
Результаты последующих пролетов были по меньшей мере головокружительны. Во-первых, на полученных изображениях видно множество гейзероподобных фонтанов в окрестностях южного полюса Энцелада. Кроме того, стало ясно, что эти гейзеры питают одно из колец Сатурна – так называемое кольцо Е. Во-вторых, когда «Кассини» пролетел сквозь гейзеры и проанализировал их химический состав, исследователи обнаружили, что они содержат водяной пар, углекислый газ, угарный газ, метан, азот, аммиак и другие углеродные компоненты, которые обычно находят в кометах, однако их много и в гидротермальных источниках на Земле. Третьим потрясающим открытием было то, что на южном полюсе Энцелада теплее, чем на экваторе, хотя туда попадает меньше солнечного света. Более того, температура в трещинах на поверхности в районе южного полюса (их стали называть «тигриными полосками») на 39 °С выше, чем на экваторе – а значит, в этом регионе идет какая-то геологическая активность.
На основании первых же результатов все ученые, участвовавшие в наблюдениях, сразу предположили, что гейзеры исходят из подповерхностного жидкого океана. Однако уже тогда возникло неприятное подозрение, что возможно и альтернативное толкование: не исключено, что водяной пар образуется на поверхности непосредственно изо льда в процессе сублимации. Такой процесс наблюдают на кометах (однако в случае Энцелада источником тепла служит не Солнце).
На этом этапе настал звездный час двух научных групп, работавших с двумя анализаторами химического состава на борту «Кассини». Первым был анализатор космической пыли, которым управляли ученые из Штутгартского университета. Они обнаружили в кольце Е Сатурна (том самом, которое создают гейзеры Энцелада) соли натрия. Сочетание данных «Кассини» и Космической обсерватории имени Гершеля показало, что и торообразное облако ледяных частичек, окружающее Сатурн, тоже образовано из водяной пыли из гейзеров Энцелада. Учитывая, откуда взялись соли натрия в кольце Е, это означает, что они содержатся и в гейзерах. На кометах такого никогда не наблюдалось, а значит, сценарий сублимации на поверхности становится гораздо менее вероятным. Вдобавок анализатор космической пыли зарегистрировал специфические частицы оксида кремния, которые на Земле обычно находят в гидротермальных источниках на океанском дне. Кристаллы оксида кремния, найденные в гейзерах Энцелада, были диаметром от двух до восьми нанометров, а зерна такого размера из чистого оксида кремния формируются в соленой океанской воде при температуре около 93 °С, характерной для гидротермальных источников. Однако в некоторых гидротермальных источниках на Земле вырабатывается еще и молекулярный водород, причем довольно активно. Поэтому можно было сделать осторожное предсказание, что в гейзерах Энцелада будет содержаться и молекулярный водород. Ко всеобщему восторгу, масс-спектрометр ионизированного и нейтрального вещества, с которым работают ученые из Юго-Западного исследовательского института в Техасе, и в самом деле показал, что в гейзерах содержится гораздо больше молекулярного водорода, чем можно было бы объяснить распадом более сложных молекул.
Однако даже после таких успешных наблюдений оставались без ответа еще два дополнительных важных вопроса. Во-первых, распространяется ли подповерхностный океан на Энцеладе на весь спутник или же он региональный и ограничен окрестностями южного полюса. Во-вторых, достаточно ли древний этот океан, чтобы жизнь в нем не только поддерживалась, попав туда извне, но и успела эволюционировать.
К счастью, «Кассини» передал нам целую сокровищницу данных, которые еще только предстоит проанализировать. Изучив сотни фотографий, сделанных на всем протяжении пролетов «Кассини», ученые сумели точно картировать все особенности поверхности Энцелада и в 2015 году обнаружили, что этот спутник еще и колеблется на орбите. Важность этого открытия для выявления внутренней структуры Энцелада трудно переоценить. Энцелад находится в состоянии приливного захвата с Сатурном, как и Луна с Землей. Это означает, что Энцелад совершает оборот вокруг своей оси за то же время, за которое совершает круг по орбите вокруг Сатурна, поэтому он всегда обращен к Сатурну одной и той же стороной, точно так же как наша Луна всегда являет нам один и тот же лик. Легкие колебания из стороны в сторону, так называемая геометрическая либрация по долготе, происходит, когда форма спутника не идеально сферична, поэтому гравитационное притяжение как бы слегка сбивается с прицела. Амплитуда колебаний подсказывает, вращается ли спутник как сплошное твердое тело или же его кора на самом деле плавает поверх слоя жидкости. В последнем случае амплитуда либрации больше. Сравнив либрацию Энцелада с теоретическими моделями, ученые, работающие с «Кассини», с уверенностью заключили, что на Энцеладе есть глобальный океан, заключенный между слоем льда на поверхности и каменным ядром.
В 2023 году были опубликованы статьи о трех новых поразительных открытиях, касающихся Энцелада. Во-первых, рабочая группа под руководством Джеронимо Вильянуэва из Центра космических полетов имени Годдарда, входящего в состав НАСА, обнаружила на Энцеладе фонтан водяного пара высотой более 10 тысяч километров! Во-вторых, Франк Постберг из Свободного университета в Берлине и его коллеги проанализировали отдельные крупинки льда, выброшенные с Энцелада, и обнаружили, что в океане на Энцеладе содержание фосфатов как минимум в сто раз больше, чем в земных океанах. Вспомним, что фосфор в форме фосфатов необходим для жизни на Земле. Он формирует часть цепочки ДНК, а кроме того, входит в состав молекул клеточных мембран. Это исследование впервые установило наличие фосфора в океане на другом небесном теле, помимо Земли. В-третьих, анализируя данные «Кассини» десятилетней давности по одному из гейзеров Энцелада, ученые еще на шаг продвинули гипотезу его пригодности для обитания. Они обнаружили там циановодород, то есть синильную кислоту – молекулу, которая, как мы знаем из глав 3–5, необходима для создания живой материи.
Таким образом, подробная картина, которая сложилась в результате всех пролетов «Кассини», превратила Энцелад из маленького и не особенно интересного далекого спутника, не имевшего никакого отношения к поискам внеземной жизни, в один из самых перспективных объектов для астробиологических исследований в Солнечной системе. Сейчас считается, что на Энцеладе есть подповерхностный соленый океан, под которым залегает активное дно с гидротермальными источниками. В этих источниках, по-видимому, полным ходом идут самые разнообразные химические реакции, дающие молекулярный водород, а значит, там складываются условия, в которых на Земле бурно процветает жизнь. Как мы уже неоднократно отмечали, есть основания полагать, что жизнь зародилась, скорее всего, в озерцах на суше, но гидротермальный источник, безусловно, прекрасное место для ее поддержания. Данные о существовании гидротермальных источников, кстати, подкрепляются и открытием органических молекул, присутствие которых ожидается в таких источниках.
Особенный интерес вызвала и еще одна находка «Кассини». Анализ состава гейзера, сквозь который пролетел «Кассини», показал неожиданно высокое содержание метана. Группа исследователей во главе с Антонином Аффхолдером из Высшей нормальной школы в Париже в 2021 году продемонстрировала, что такое большое количество метана не мог обеспечить самый вероятный абиотический процесс – серпентинизация, реакция минералов в горных породах с CO2 и горячей водой. Напротив, ученые показали, что столько метана можно получить благодаря деятельности метаногенов – микроорганизмов, которые поглощают водород и углекислый газ и вырабатывают метан. Однако радоваться преждевременно. Исследователи быстро признали, что у загадки метана есть и другие решения, не имеющие отношения к живой материи. Например, избыток первичного метана, оставшегося после формирования Энцелада, или другой, еще не известный абиотический процесс.
Подповерхностная экосистема Энцелада, если она и вправду существует, явно не похожа на какую-нибудь тихую и мирную земную экосистему. Скорее она будет похожа на среду, где обитают экстремофилы – микроорганизмы, приспособленные к самым жестким условиям. В частности, это наверняка анаэробы, которые обходятся без фотосинтеза. Вероятно, ближайший земной аналог – подледниковые антарктические озера и некоторые места в Исландии, где идет бурная гидротермальная активность и извергаются гейзеры.
Вызывает споры и вопрос о возрасте океана на Энцеладе. В статье, опубликованной в 2017 году, группа ученых во главе с Лучано Иессом из Университета Сапиенца в Риме, попыталась определить возраст колец Сатурна. Оценки ученых основывались на сегодняшнем объеме пыли в кольцах и на средней скорости накопления этой пыли. Исследователи предположили, что пыль поступает в форме микрометеороидов из пояса Койпера – зоны ледяных объектов, находящейся за орбитой Нептуна. Оценка возраста, которую получили Иесс с коллегами, стала неожиданностью для многих астрономов и планетологов: всего около ста миллионов лет! Иначе говоря, если это так, кольца Сатурна не просто моложе остальной Солнечной системы – к тому времени, когда они возникли, эволюция жизни на Земле зашла уже так далеко, что в разгаре была эра динозавров. Это важно с точки зрения перспектив обнаружить жизнь на Энцеладе, поскольку один из сценариев формирования колец предполагает, что Энцелад возник одновременно с кольцами Сатурна в результате столкновения планеты или какого-то из ее более старых спутников с относительно крупным небесным объектом.
Не все исследователи согласны с выводом о возрасте колец, который делают Иесс и его коллеги. Точнее говоря, целый ряд планетологов указывают, что оценки скорости, с которой кольца загрязнялись пылью, были весьма приблизительными. Кто-то утверждает, что кольца не могли сформироваться за такое короткое время. В сущности, планетологи обсуждают механизм формирования колец Сатурна уже много лет. Одна из последних моделей этого процесса была представлена в сентябре 2022 года планетологом Джеком Уиздомом из Массачусетского технологического института и его коллегами. Согласно их теории, кольца возникли около 160 миллионов лет назад, когда один из спутников Сатурна (получивший название Кризалис) был разорван приливными силами. Еще более свежее исследование Саши Кемпфа и его коллег из Колорадского университета в Боулдере позволило определить поток микрометеороидов на кольца Сатурна и задать верхнюю границу их возраста – не более 400 миллионов лет. Так что, при всей неопределенности ситуации, для многих астробиологов, ищущих внеземную жизнь в Солнечной системе, Энцелад остается одним из самых привлекательных объектов.