Дотепер вважалося, що дефіцит фосфору може бути істотною перешкодою на шляху виникнення життя в океанах інших світів Сонячної системи.
З шести елементів – вуглецю, водню, азоту, кисню, фосфору і сірки, — необхідних для виникнення життя, яким ми його знаємо, найрідше в космосі зустрічається саме фосфор, ключовий компонент молекул ДНК і РНК. Тому при аналізі обставин в тому чи іншому куточку космосу важливо розуміти, яка там ситуація з його сполуками.
Довгий час зрозуміти це було складно. Вже десятки років йде вивчення зразків метеоритів, місячних і марсіанських порід, а також складу гейзерів з крижаних супутників планет-гігантів Сонячної системи. Потім вчені зіставляють результати аналізу з земними зразками в спробі зрозуміти, чи підходять позаземні умови для виникнення і підтримки життя.
Проблема з фосфором в тому, що він легко зв’язується в з’єднаннях з кальцієм, який в воді випадає в осад. Якщо океан досить глибокий, то повноцінної конвекції в ньому може і не бути. Тоді одного разу з’єднання, які випали в осад можуть ніколи не повернутися в основну частину океанічної товщі. Наприклад, підлідний океан Енцеледа має глибину 30-40 кілометрів, що набагато глибше земного. Але чи означає це, що фосфор там весь обов’язково пов’язаний в опадах?
Варто нагадати, що на Землі є вода з високим вмістом сполук фосфору, розчинених у товщі вод, — содові озера. І якщо підлідні океани супутників Сатурна і Юпітера за складом схожі з такими озерами, в них може бути багато цього цінного елемента — і серйозні перспективи для життя.
Відкритий більше двох століть тому Енцелад по-справжньому зацікавив вчених лише 20 років тому, коли міжпланетна станція «Кассіні» засікла над супутником Сатурна шлейфи крижаних частинок, що виривалися з-під поверхні. Це було свідченням того, що Енцелад активний і під крижаною «шкаралупою» ховається океан.
Частинки льоду, які вилітають з нього вносять значний внесок у формування передостаннього кільця планети-господаря Сатурна — так званого Е-кільця. Тому аналіз складу частинок цього кільця дає набагато більш якісну статистику по складу підлідного океану, ніж дослідження даних рідкісних «свіжих» викидів гейзерів Енцеледа.
В пошуку фосфору і його сполук автори нової роботи проаналізували дані «Кассіні» по кільком сотням спійманих в E-кільці крупинок з високими концентраціями солей. У підсумку вони знайшли там зразки зі значною концентрацією фосфатів-солей фосфорних кислот. Правда, всього дев’ять штук.
Нерівномірний розподіл солей по крупицях льоду може означати, що і в океані Енцелада вони розподілені нерівномірно. Втім, на думку авторів, на розподіл сполук у викидах може впливати сам процес формування гейзерів. Тому вчені вважають, що в цілому вивергнуті частинки — репрезентативний зразок складу океану поблизу його поверхні під льодом.
Щоб зрозуміти, як в гіпотетичних умовах океанів Енцелада сполуки фосфору утримуються у воді, вчені провели лабораторні експерименти з вуглецевим хондритом — аналогом тієї породи, з якої складається ядро супутника.
Схема процесів, що впливають на вміст сполук в океані Енцелада / ©Nature
Досліди і теоретичні розрахунки підтвердили схожість океанів супутника з содовими озерами нашої планети: висока концентрація карбонатних мінералів провокує зниження кількості розчиненого кальцію, що веде до підвищення концентрації у воді розчинених сполук фосфору. Кальцій в таких умовах просто не може «захопити» весь фосфор в нерозчинний осад. В результаті концентрація фосфору в океанах Енцеледа як мінімум в 100 разів вище, ніж в океанах Землі. З місця, яке вважали бідним фосфором, місцеві водойми раптово перетворилися в гіпернасичені цим елементом.
Довгий час саме відсутність фосфору було істотним фактором, що ставив під сумнів можливості існування життя на Енцеладі та інших крижаних супутниках Сонячної системи. Адже фосфор у воді не вдавалося знайти ніде, крім Землі. А на нашій планеті він піднімається до поверхні завдяки тектоніці плит, якої немає на крижаних супутниках.
Звичайно, наявність фосфору сама по собі ще не гарантує існування життя. Більш того, надмірна його велика кількість може вказувати і на її відсутність (деякі занадто солоні озера Землі бідні життям).