По-латински maria означает «моря», а lacus – «озера». Кроме Земли, в Солнечной системе есть лишь один объект, на котором существуют устойчивые моря и озера, сезоны дождей и даже система рек на поверхности, совсем как на Земле. Это Титан – самый большой спутник Сатурна. Когда «Кассини» сфотографировал второй по величине водоем на Титане, море Лигеи, полученные изображения вполне можно было бы принять за какое-то море или озеро на Земле, снятое с большой высоты. Восьмого июля 2009 года «Кассини» даже уловил блик (видимое зеркальное отражение) солнечного света, отраженный в море Кракена на Титане, и тем самым подтвердил наличие жидкостей в озерной зоне Титана. Атмосфера Титана плотнее земной и так же, как и земная, богата азотом. Но не стоит заблуждаться – эти якобы земные свойства не означают, что на поверхности Титана можно ожидать наличия земной биосферы. Характерная температура на поверхности Титана чудовищно низка, –179 °С, а значит, реки, моря и озера состоят там не из жидкой воды, а в основном из жидкого метана, этана и азота. Иногда выпадающий на Титане дождь тоже состоит из капель жидкого метана. У атмосферы Титана тоже есть свои странности. Она состоит из азота (более 95 %), метана (менее 3 %), водорода (доля процента) и следов других углеводородов (органических веществ, состоящих из углерода и водорода). Мало того, в ней постоянно висит густая оранжевая дымка из органических веществ.
Наличие метана в атмосфере изначально считалось неожиданностью, поскольку все считали, что метан должен был быть полностью уничтожен ультрафиолетовым излучением Солнца менее чем за сто миллионов лет. Поэтому предполагается, что метан каким-то образом восполняется – либо постоянно, либо в результате периодических выбросов из-под ледяной поверхности Титана. Эта гипотеза нашла веское подтверждение благодаря замечательным наблюдениям космического аппарата «Гюйгенс», запущенного Европейским космическим агентством. В 2005 году он был спущен на парашюте с «Кассини» на поверхность Титана. Во время спуска «Гюйгенс» обнаружил в атмосфере Титана изотоп благородного газа аргона, который вырабатывается при радиоактивном распаде изотопа калия. Поскольку этот изотоп калия, вероятнее всего, содержится в горных породах, наличие аргона в атмосфере Титана явно указывает, что из недр Титана и в самом деле вырываются газы. Как ни удивительно, у Титана есть и другие интересные особенности, помимо уникальной поверхности и свойств атмосферы. Еще одна черта, которая делает Титан кандидатом на обитаемость, – соленый подповерхностный океан жидкой воды. Первые намеки на существование такого океана ученые получили, когда обнаружили некоторые, на первый взгляд, загадочные электромагнитные явления. Зонд «Гюйгенс» зарегистрировал в атмосфере Титана крайне низкочастотные радиоволны, а также ненулевое электрическое поле у самой поверхности спутника. Вероятно, вы помните, что в случае Европы, спутника Юпитера, обнаружение индуцированного магнитного поля указывало на существование проводящего вещества в ее недрах. Подобным же образом подробные модели Титана, которые создали планетолог Кристиан Бегин из Орлеанского университета и его коллеги, показали, что низкочастотные радиоволны требуют наличия проводящего слоя под поверхностью, причем с такими свойствами, какие лучше всего обеспечил бы соленый океан. Затем, точно рассчитав орбиту «Кассини» в период с 2006 по 2011 год, исследователи смогли охарактеризовать и картировать гравитационное поле Титана, измерив его деформации, возникающие в результате изменений приливных сил Сатурна. На этом основании они показали, что Титан реагирует на эти силы не как твердое тело, а так, словно под коркой льда у него скрывается слой жидкости, что опять же указывает на наличие жидкого океана. Мы даже приблизительно не знаем ни глубины океана, ни толщины льда, однако, по оценкам аэрокосмического инженера и члена команды «Кассини» Лучано Иесса и его коллег, оба эти размера составляют примерно по 80–100 км.
Есть очень заманчивая гипотеза, согласно которой на Титане, по крайней мере теоретически, возможно сосуществование двух совершенно разных типов жизни. Один из них – жизнь в привычном нам виде в подповерхностном океане Титана. Другой – жизнь в непривычном для нас виде в озерах жидкого метана и этана на поверхности спутника. Таким образом, Титан противоречит принципу, что жизнь должна быть там, где вода, поскольку этот принцип базируется исключительно на биохимии, для которой требуются свойства воды и водяных растворов.
Однако стоит отметить, что наше представление о необходимости воды как растворителя для создания живой материи основаны совсем не на том, что мы считаем Землю центром мироздания. У этого представления есть веские биологические, химические и физические причины. Во-первых, молекула воды полярна, то есть обладает небольшим электрическим зарядом, положительным и отрицательным, на водородном и кислородном конце соответственно. Полярные растворители растворяют полярные вещества, а многие составляющие живой материи (в привычном нам смысле) включают в себя полярные вещества. Напротив, жидкий метан и этан – довольно плохие растворители. Они неполярны, и хотя они способны растворять другие неполярные соединения вроде ацетилена и других углеводородов, но если речь идет об обычных компонентах углеродной жизни, неполярный растворитель оказывается бесполезен. Во-вторых, вода играет важную роль в самых разнообразных жизненных процессах – от обеспечения структурной стабильности белков и ДНК до сворачивания белков. В-третьих, клетки известной нам живой материи в основном состоят из воды.
И все же существует будоражащая воображение вероятность, что на Титане обитает совершенно иной тип живых существ – поистине «второе творение». Астробиолог Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса при НАСА полагает, что такая жизнь вполне реализуема. Он утверждает, что «свободные» органические вещества, обнаруженные в атмосфере Титана (например, фотохимически образующийся углеводород ацетилен) потенциально способны поставлять химическую энергию (в первую очередь в ходе реакций с водородом, дающих метан и этан). Однако остается под вопросом, способна ли жидкость, состоящая из метана и этана, заменить воду в качестве растворителя для молекул живой материи. Как мы уже писали, нет никаких сомнений, что жидкий метан с его невероятно низкой температурой, мягко говоря, проигрывает по сравнению с водой. Поэтому совсем не очевидно, что в подобной среде могут идти сколько-нибудь интересные химические реакции. Тем не менее сценарий Маккея позволяет сделать одно интересное, хоть и спекулятивное, предсказание: если в озерах Титана и есть жизнь и она и в самом деле предполагает потребление водорода, следует ожидать снижения уровня водорода в атмосфере у поверхности Титана. Любопытно, что, как обнаружил планетолог Даррелл Стробел из Университета Джонса Хопкинса в 2010 году, данные «Кассини» и в самом деле указывают на то, что в атмосфере Титана есть нисходящий поток водорода, а у поверхности он практически исчезает. Еще одна научная группа под руководством Роджера Кларка из Геологической службы США в Денвере составила карту углеводородов на поверхности Титана и обнаружила недостаток ацетилена, что опять же согласуется со спекулятивным предположением Маккея. И все же большинство исследователей, в том числе сам Маккей, предупреждают, что эти результаты – и по водороду, и по ацетилену – могут объясняться и без гипотезы о живой материи. В частности, оценки плотности гипотетической биомассы на Титане (плотности массы живых организмов) – разумеется, со множеством неясностей и допущений – указывают на то, что снижение уровня ацетилена едва ли вызвано процессами с участием живых организмов. По выражению Марка Аллена, научного руководителя рабочей группы, которая занимается Титаном, при Астробиологическом институте НАСА, «научный консерватизм требует обращаться к биологическому объяснению в последнюю очередь, исчерпав все небиологические… Эти результаты с большей вероятностью объясняются химическим процессом без участия биологии, например реакциями с участием минеральных катализаторов». Однако Маккей справедливо подчеркнул, что даже открытие небиологического катализатора, который действовал бы при низких температурах на Титане, само по себе произвело бы сенсацию.
Неудивительно, что Титан с его уникальностью вызвал целый ряд спекуляций. Например, планетологи Ральф Лоренц из Лаборатории прикладной физики университета Джонса Хопкинса, Джонатан Луни2н из Корнельского университета и Кэтрин Ниш из Университета Западного Онтарио предположили, что растворяющая способность веществ в озерах Титана была бы гораздо больше, если бы они содержали хотя бы немного циановодорода. Имеющиеся наблюдения не могут исключить такую вероятность, поскольку доступные на сегодня данные не позволяют точно определить относительное количество циановодорода. Дело в том, что, поскольку молекула циановодорода полярна, исследователи предположили, что содержимое озер Титана может сольватировать (то есть растворять)[40] даже полярные молекулы вроде воды. Если эта спекулятивная идея найдет подтверждение (прежде всего в результате точных лабораторных экспериментов), у сторонников потенциальной обитаемости поверхности Титана (в той или иной форме) появится лишний довод. Следует отметить, что циановодород на Титане определенно есть. Когда «Гюйгенс» спускался сквозь атмосферу Титана, он обнаружил следы льда из циановодорода примерно в ста километрах над поверхностью. Кроме того, в 2014 году планетолог из Лейденского университета Ремко де Кок и его команда проанализировали данные инфракрасного спектрометра на борту «Кассини» и заметили несколько спектральных линий над южным полюсом Титана. Ученые заключили, что эти линии дает лед из циановодорода. Интересно, что циановодород, который, скорее всего, сыграл важнейшую роль в зарождении жизни на Земле, мог в принципе поспособствовать и существованию жизни на Титане.
Титан и сегодня постоянно обеспечивает плодородную почву для догадок. Например, химики-теоретики Мартин Рамм и Хильда Сандстрем из Технического университета Чалмерса в Швеции предположили, что клеточные мембраны (одна из основных черт привычной нам жизни) в условиях Титана, вероятно, совсем не нужны гипотетическим астробиологическим организмам. Ученые утверждают, что биологические молекулы, чтобы держаться вместе, вполне могут рассчитывать на лед, которого на Титане так много. Возможно, такие молекулы крепятся к камням, а питательные вещества просто плывут в их сторону, снабжая их «бесплатными обедами».
Все эти полеты воображения пока что остаются на грани науки и научной фантастики (о других вариантах непривычной для нас жизни мы еще поговорим в главе 10). НАСА планирует в 2026 году отправить на Титан винтокрылый спускаемый аппарат «Драгонфлай». Этот многомоторный зонд, похожий на дрон, как ожидается, попадет на Титан в 2034 году и облетит десятки точек на поверхности Титана в поисках потенциальных признаков предбиологических химических процессов на основе воды или углеводородов.
В Солнечной системе, конечно, есть и другие объекты, на которых в принципе может существовать простая жизнь, однако доводы в их пользу несколько слабее, чем у тех планет и спутников, которые мы до сих пор обсуждали. Оба Галилеевых спутника Юпитера, расположенные за Европой, Ганимед и Каллисто, с большой вероятностью тоже содержат подповерхностные соленые океаны. Ганимед, диаметр которого составляет около 41 % земного, обладает даже собственным магнитным полем. Однако, поскольку дно этих океанов состоит изо льда, спрессованного под большим давлением, а не каменистое с гидротермальными источниками, шансы, что там есть жизнь, несколько ниже. Впрочем, если живые организмы попали в эти океаны в результате падения астероидов, они могли сохраниться. Европейское космическое агентство спроектировало миссию под названием «Джус»[41], цель которой – исследовать Ганимед, Каллисто и Европу. По плану этот космический аппарат должен выйти на орбиту вокруг Ганимеда, чтобы определить его внутреннюю структуру. «Джус» был успешно запущен 14 апреля 2023 года и должен достичь Юпитера примерно через восемь лет. При подготовке к запуску на космический аппарат была прикреплена мемориальная дощечка в память о Галилее, который первым увидел и изучил четыре самых крупных спутника Юпитера в свой телескоп.
Есть некоторые (хотя и более скудные) данные и о наличии подповерхностного океана на Тритоне, спутнике Нептуна, и даже подо льдом равнины Спутник – заполненной твердым азотом котловины на поверхности карликовой планеты Плутон. Молодой океан, вероятно, находится и под ледяной коркой на крошечном спутнике Сатурна Мимасе. А снимки карликовой планеты Цереры (полученные в 2015 году миссией НАСА «Дон») указывают на ее геологическую активность. В сочетании с наличием на поверхности Цереры водяного пара и, вероятно, карбонатов, при сопоставлении всех данных можно предположить, что и на ней есть подповерхностный океан. В 2024 году группа ученых неожиданно обнаружила признаки геотермальной активности даже в недрах ледяных карликовых планет Эриды и Макемаке, расположенных в поясе Койпера. Космический телескоп им. Уэбба обнаружил на их поверхностях метан, и это, вероятно, указывает на какие-то термальные процессы, вырабатывающие метан в их недрах.
Все эти объекты сами по себе интересны с геологической точки зрения и могут многое сказать о формировании и эволюции Солнечной системы, но мы не считаем их такими же вероятными кандидатами на обитаемость, как Европу, Энцелад и Титан. Вывод прост: нам явно следует подробно изучить несколько спутников Юпитера и Сатурна. Даже если мы не сумеем найти жизнь в подповерхностных океанах на этих объектах (и в метановых озерах Титана), это все равно углубит наши представления о понятии обитаемости.
За последние тридцать лет были открыты тысячи экзопланет и планетных систем, и это придало астрономам храбрости расширить поиски жизни за пределы Солнечной системы, в галактику Млечный Путь. История этих исследований станет следующим шагом нашего экскурса.