Войти
Многоспектральное изображение Титана Есть ли Жизнь на Титане, самом большом спутнике Сатурна, в настоящее время является открытым вопросом и предметом научных оценок и исследований. Титан намного холоднее Земли, но из всех мест в солнечной системе Титан - единственное место, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкости в виде рек, озер и морей. Его плотная атмосфера химически активна и богата соединениями углерода. На поверхности есть тела из жидкого метана и этана, и, вероятно, под его ледяной оболочкой находится слой жидкой воды; некоторые ученые предполагают, что эти жидкие смеси могут обеспечивать пребиотическую химию живых клеток, отличных от тех, что существуют на Земле.
В июне 2010 года ученые, анализирующие данные миссии Кассини – Гюйгенс, сообщили об аномалиях в атмосфера у поверхности, которая может соответствовать присутствию организмов, производящих метан, но, альтернативно, может быть вызвана неживыми химическими или метеорологическими процессами. Миссия Кассини-Гюйгенс не была оборудована для непосредственного поиска микроорганизмов или проведения тщательной инвентаризации сложных органических соединений.
Рассмотрение Титана как среды для изучения химии пребиотиков или потенциально экзотической жизни во многом объясняется разнообразием органической химии, происходящей в его атмосфере, вызванной фотохимическими реакциями во внешних слоях. Следующие химические вещества были обнаружены в верхних слоях атмосферы Титана с помощью масс-спектрометра Кассини :
| Study | Magee, 1050 км | Cui, 1050 км | Cui, 1077 км | Уэйт и др., 1000–1045 км |
|---|---|---|---|---|
| Плотность (см) | (3,18 ± 0,71) x 10 | (4,84 ± 0,01) x 10 | (2,27 ± 0,01) x 10 | (3,19, 7,66) x 10 |
| Доли различных видов | ||||
| Азот | (96,3 ± 0,44)% | (97,8 ± 0,2)% | (97,4 ± 0,5)% | (95,5, 97,5)% |
| NN | (1,08 ± 0,06)% | |||
| Метан | (2,17 ± 0,44)% | (1,78 ± 0,01)% | (2,20 ± 0,01)% | (1,32, 2,42)% |
| CH4 | (2,52 ± 0,46) x 10 | |||
| Водород | (3,38 ± 0,23) x 10 | (3,72 ± 0,01) x 10 | (3,90 ± 0,01) x 10 | |
| Ацетилен | (3,42 ± 0,14) x 10 | (1,68 ± 0,01) x 10 | (1,57 ± 0,01) x 10 | (1,02, 3,20) x 10 |
| Этилен | ( 3,91 ± 0,23) x 10 | (5,04 ± 0,04) x 10 | (4,62 ± 0,04) x 10 | (0,72, 1,02) x 10 |
| этан | (4,57 ± 0,74) x 10 | (4,05 ± 0,19) x 10 | (2,68 ± 0,19) x 10 | (0,78, 1,50) x 10 |
| Цианистый водород | (2,44 ± 0,10) x 10 | |||
| Ar | (1,26 ± 0,05) x 10 | (1,25 ± 0,02) x 10 | (1,10 ± 0,03) x 10 | |
| пропин | (9,20 ± 0,46) x 10 | (9,02 ± 0,22) x 10 | (6,31 ± 0,24) x 10 | (0,55, 1,31) x 10 |
| пропен | (2,33 ± 0,18) x 10 | (0,69, 3,59) x 10 | ||
| пропан | (2,87 ± 0,26) x 10 | <1.84 x 10 | <2.16e-6(3.90±0.01) x 10 | |
| диацетилен | (5,55 ± 0,25) x 10 | (4,92 ± 0,10) x 10 | (2,46 ± 0,10) x 10 | (1,90, 6,55) x 10 |
| Цианоген | (2,14 ± 0,12) x 10 | (1,70 ± 0,07) x 10 | (1,45 ± 0,09) x 10 | (1,74, 6,07) x 10 |
| Цианоацетилен | (1,54 ± 0,09) x 10 | (1,43 ± 0,06) x 10 | <8.27 x 10 | |
| Акрилонитрил | (4,39 ± 0,51) x 10 | <4.00 x 10 | <5.71 x 10 | |
| Пропаннитрил | (2,87 ± 0,49) x 10 | |||
| Бензол | (2,50 ± 0,12) x 10 | (2,42 ± 0,05) x 10 | (3,90 ± 0,01) x 10 | (5,5, 7,5) x 10 |
| Толуол | (2,51 ± 0,95) x 10 | <8.73 x 10 | (3,90 ± 0,01) x 10 | (0,83, 5,60) x 10 |
Поскольку масс-спектрометрия определяет атомную массу соединения, но не его структуру, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить точное соединение, которое было обнаружено. В тех случаях, когда соединения были идентифицированы в литературе, их химическая формула была заменена их названием, указанным выше. Цифры в Magee (2009) включают поправки на фон высокого давления. Другие соединения, на которые, как полагают, указывают данные и связанные модели, включают аммиак, полиины, амины, этиленимин, аллен, 1,3-бутадиен и любое количество более сложных химических веществ в более низких концентрациях, а также диоксид углерода и ограниченные количества водяного пара.
Из-за удаленности от Солнца Титан намного холоднее Земли. Температура его поверхности составляет около 94 К (-179 ° C, или -290 ° F). При таких температурах водяной лед, если он присутствует, не тает, не испаряется и не возгоняется, а остается твердым. Из-за сильного холода, а также из-за нехватки углекислого газа (CO 2) в атмосфере, такие ученые, как Джонатан Лунин, рассматривали Титан меньше как вероятная среда обитания внеземной жизни, чем эксперимент по проверке гипотез об условиях, которые преобладали до появления жизни на Земле. Несмотря на то, что обычная температура поверхности на Титане несовместима с жидкой водой, расчеты Лунина и других предполагают, что удары метеоров могут время от времени создавать «ударные оазисы» - кратеры, в которых жидкая вода может сохраняться в течение сотен лет или дольше, что позволит воде - основанная на органической химии.
Однако Лунин не исключает жизни в среде жидкого метана и этана и написал о том, что открытие такой формы жизни (даже если очень примитивной) могло бы означать о распространенности жизни во Вселенной.
В 1970-х годах астрономы обнаружили неожиданно высокие уровни инфракрасное излучение Титана. Одним из возможных объяснений этого было то, что поверхность была теплее, чем ожидалось, из-за парникового эффекта. Некоторые оценки температуры поверхности даже приблизились к температурам в более прохладных регионах Земли. Однако было и другое возможное объяснение инфракрасного излучения: поверхность Титана была очень холодной, но верхние слои атмосферы были нагреты из-за поглощения ультрафиолетового света такими молекулами, как этан, этилен и ацетилен.
В сентябре 1979 г., Pioneer 11, первый космический зонд, проводивший пролетные наблюдения Сатурна и его спутников, отправил данные, показывающие, что поверхность Титана чрезвычайно холодная по земным стандартам и намного ниже температур, обычно связанных с обитаемость на планете.
В будущем Титан может стать теплее. Через пять-шесть миллиардов лет, когда Солнце станет красным гигантом, температура поверхности может вырасти до ~ 200 К (-70 ° C), что достаточно для существования стабильных океанов из водно-аммиачной смеси. на его поверхности. По мере того, как ультрафиолетовое излучение Солнца уменьшается, дымка в верхних слоях атмосферы Титана будет уменьшаться, уменьшая анти-парниковый эффект на его поверхности и позволяя парниковому эффекту, создаваемому атмосферным метаном, играть гораздо большую роль. Вместе эти условия могут создать среду, подходящую для экзотических форм жизни, и будут существовать в течение нескольких сотен миллионов лет. Этого времени было достаточно для развития простой жизни на Земле, хотя присутствие аммиака на Титане могло вызвать более медленные химические реакции.
Отсутствие жидкой воды на поверхности. жидкая вода на поверхности Титана была приведена астробиологом НАСА Эндрю Похориллом в 2009 году в качестве аргумента против жизни на ней. Похорилл считает, что вода важна не только как растворитель, используемый «единственной известной нам жизнью», но и потому, что ее химические свойства «уникально подходят для содействия самоорганизации органического вещества». Он сомневался, что перспективы нахождения жизни на поверхности Титана достаточны, чтобы оправдать расходы на миссию по ее поиску. Однако его утверждения противоречат идее о том, что жизнь на Земле - не единственный возможный вид жизни.
Лабораторные моделирования привели к предположению, что на Титане существует достаточно органического материала, чтобы начать химическую эволюцию, аналогичную тому, что, как считается, положило начало жизни на Земле. В то время как аналогия предполагает присутствие жидкой воды в течение более длительных периодов времени, чем наблюдаемые в настоящее время, несколько гипотез предполагают, что жидкая вода от удара может сохраняться под замороженным слоем изоляции. Также было высказано предположение, что океаны аммиака могут существовать глубоко под поверхностью; одна модель предлагает раствор аммиака в воде на глубине до 200 км под коркой водяного льда, условия, которые, «будучи экстремальными по земным стандартам, таковы, что жизнь действительно может выжить». Передача тепла между внутренними слоями а верхние слои будут иметь решающее значение для поддержания любой подповерхностной океанической жизни. Обнаружение микробной жизни на Титане будет зависеть от его биогенных эффектов. Например, атмосферный метан и азот можно было бы исследовать на предмет биогенного происхождения.
Данные, опубликованные в 2012 году с космического корабля НАСА Кассини, подтвердили доказательства того, что Титан, вероятно, скрывает слой жидкой воды под своей ледяной оболочкой.
Титан - единственный известный естественный спутник (луна) в Солнечной системе, имеющий полностью развитую атмосферу, состоящую не только из газовых примесей. Атмосфера Титана плотная, химически активная и, как известно, богата органическими соединениями ; это привело к предположениям о том, могли ли там образоваться химические предшественники жизни. Атмосфера также содержит водород газ, который циркулирует в атмосфере и в окружающей среде на поверхности и который живые существа, сопоставимые с земными метаногенами, могут соединяться с некоторыми органическими соединениями (такими как ацетилен ) для получения энергии.
Следы органических газов в атмосфере Титана - HNC ( слева) и HC3N (справа). Эксперимент Миллера-Юри и несколько последующих экспериментов показали, что с атмосферой, подобной атмосфере Титана, и добавлением УФ-излучения могут образовываться сложные молекулы и полимерные вещества, такие как толины. Реакция начинается с диссоциации азота и метана с образованием цианистого водорода и ацетилена. Дальнейшие реакции были тщательно изучены.
В октябре 2010 года Сара Хёрст из Университета Аризоны сообщила об обнаружении пяти нуклеотидных оснований - построение блоки ДНК и РНК - среди множества соединений, образующихся при приложении энергии к комбинации газов, подобных тем, что находятся в атмосфере Титана. Хёрст также обнаружил аминокислоты, строительные блоки белка. Она сказала, что это был первый случай, когда нуклеотидные основания и аминокислоты были обнаружены в таком эксперименте без присутствия жидкой воды.
В апреле 2013 года НАСА сообщило, что сложные органические химические вещества могут возникать на Титан на основе исследований, моделирующих атмосферу Титана. В июне 2013 года полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) были обнаружены в верхних слоях атмосферы Титана.
Исследования показали, что полиимин может легко функционировать как строительный блок в Условия Титана. Атмосфера Титана производит значительные количества цианистого водорода, который легко полимеризуется в формы, способные улавливать световую энергию в условиях поверхности Титана. Пока что неизвестно, что происходит с цианидом Титана; хотя он богат верхними слоями атмосферы, где он создается, он истощается на поверхности, что позволяет предположить, что его потребляет какая-то реакция.
Углеводородные озера на Титане (радиолокационное изображение Кассини от 2006 г. Хотя все живые существа на Земле (включая метаногены) используют жидкую воду в качестве растворителя, вполне возможно, что жизнь на Титане может вместо этого использовать жидкий углеводород, такой как метан или этан. Вода является более сильным растворителем, чем углеводороды; однако вода более химически реактивна и может расщеплять большие органические молекулы посредством гидролиза. Жизненная форма, растворителем которой был углеводород, не столкнется с риском того, что ее биомолекулы станут
На поверхности Титана есть озера жидкого этана или жидкого метана, а также реки и моря, что, по мнению некоторых научных моделей, может служить подтверждением гипотетической жизни без воды. что жизнь могла существовать в жидком метане и этане, которые образуют реки и озера на поверхности Титана, точно так же, как организмы на Земле живут в воде. Такие гипотетические существа будут принимать H 2 вместо O 2, реагировать с ацетиленом вместо глюкозы и вместо этого производить метан. диоксида углерода. Для сравнения, некоторые метаногены на Земле получают энергию, реагируя водородом с диоксидом углерода с образованием метана и воды.
В 2005 г. астробиологи Крис Маккей и Хизер Смит предсказали, что если метаногенная жизнь потребляет атмосферный водород в достаточном объеме, это окажет заметное влияние на коэффициент смешивания в тропосфере Титана. Прогнозируемые эффекты включали гораздо более низкий уровень ацетилена, чем ожидалось, а также снижение концентрации самого водорода.
Доказательства, согласующиеся с этими прогнозами, были представлены в июне 2010 года Дарреллом Штробелем из Johns. Hopkins University, который проанализировал измерения концентрации водорода в верхней и нижней атмосфере. Стробел обнаружил, что концентрация водорода в верхних слоях атмосферы намного больше, чем у поверхности, что физика диффузии приводит к тому, что водород течет вниз со скоростью примерно 10 молекул в секунду. У поверхности, по-видимому, исчезает нисходящий водород. Другая статья, опубликованная в том же месяце, показала очень низкие уровни ацетилена на поверхности Титана.
Крис Маккей согласился со Штробелем, что присутствие жизни, как предполагалось в статье Маккея 2005 года, является возможным объяснением этого явления. выводы о водороде и ацетилене, но также предупредили, что другие объяснения в настоящее время более вероятны: а именно возможность того, что результаты вызваны ошибкой человека, метеорологическим процессом или наличием какого-либо минерала катализатор, позволяющий водороду и ацетилену вступать в химическую реакцию. Он отметил, что такой катализатор, эффективный при -178 ° C (95 K), в настоящее время неизвестен и сам по себе был бы поразительным открытием, хотя и менее поразительным, чем открытие внеземной формы жизни.
Июнь Результаты 2010 года вызвали значительный интерес средств массовой информации, в том числе сообщение в британской газете Telegraph, в котором говорилось о ключах к разгадке существования «примитивных пришельцев».
Гипотетическая клеточная мембрана, способная функционировать в жидком метане, была смоделирована в феврале 2015 года. Предлагаемая химическая основа для этих мембран - акрилонитрил, который был обнаружен на Титане. Названная «азотосома » («азотное тело»), образованная от «азот», по-французски «азот», и «сома», по-гречески «тело», ей не хватает фосфора и кислорода, содержащихся в фосфолипидах на Земле, но содержит азот. Несмотря на очень различную химическую структуру и внешнюю среду, его свойства на удивление схожи, включая автоформование листов, гибкость, стабильность и другие свойства. Согласно компьютерному моделированию азотосомы не могли образовываться или функционировать в погодных условиях, обнаруженных на Титане.
Анализ данных Кассини, завершенный в 2017 году, подтвердил наличие значительного количества акрилонитрила в атмосфере Титана.
Чтобы оценить вероятность обнаружения любого вида жизни на различных планетах и лунах, Дирк Шульце-Макух и другие ученые разработали индекс обитаемости планет, который учитывает такие факторы, как характеристики поверхности и атмосферы, наличие энергии, растворителей и органических соединений. Используя этот индекс, основанный на данных, доступных в конце 2011 года, модель предполагает, что Титан имеет самый высокий текущий рейтинг обитаемости из всех известных миров, кроме Земли.
Хотя миссия Кассини-Гюйгенс не была оборудована для предоставления доказательств биосигнатур или сложной органики, она показала, что окружающая среда на Титане в некотором роде похожа на те, которые предполагались для исконной Земли. Ученые полагают, что атмосфера на ранней Земле была похожа по составу на нынешнюю атмосферу на Титане, за одним важным исключением - недостатком водяного пара на Титане. Было разработано множество гипотез, которые пытаются перебросить ступень от химической эволюции к биологической.
Титан представлен в качестве контрольного примера связи между химической реакционной способностью и жизнью в отчете 2007 года об ограничивающих условиях жизни, подготовленном комитетом ученых при Национальном исследовательском совете США. Комитет под председательством Джона Баросса считал, что «если жизнь является неотъемлемым свойством химической реактивности, жизнь должна существовать на Титане. В самом деле, для того, чтобы жизнь не существовала на Титане, мы должны были бы утверждать, что жизнь не является внутренним свойством реакционной способности углеродсодержащих молекул в условиях, когда они стабильны... "
Дэвид Гринспун, один из ученых, который в 2005 году предположил, что гипотетические организмы на Титане могут использовать водород и ацетилен в качестве источника энергии упомянул гипотезу Гайи в контексте обсуждения жизни Титана. Он предполагает, что подобно тому, как окружающая среда Земли и ее организмы эволюционировали вместе, то же самое, вероятно, произошло и в других мирах с жизнью на них. По мнению Гринспуна, миры, которые «геологически и метеорологически живы, с гораздо большей вероятностью будут живыми и биологически».
Альтернативное объяснение гипотетического существования жизни на Титане имеет Было предложено: если бы жизнь была найдена на Титане, она могла бы возникнуть с Земли в процессе, называемом панспермия. Предполагается, что столкновения крупных астероидов и комет с поверхностью Земли привели к тому, что сотни миллионов фрагментов нагруженной микробами породы покинули земную гравитацию. Расчеты показывают, что некоторые из них столкнутся со многими телами Солнечной системы, включая Титан. С другой стороны, Джонатан Лунин утверждал, что любые живые существа в криогенных углеводородных озерах Титана должны быть настолько химически отличными от земной жизни, что одно из них не могло бы быть предком другого. По мнению Лунина, присутствие организмов в озерах Титана будет означать второе, независимое происхождение жизни в Солнечной системе, подразумевая, что жизнь имеет высокую вероятность появления в обитаемых мирах по всему космосу.
Предлагаемая миссия Titan Mare Explorer, посадочный модуль класса Discovery, который будет приводиться в воду, «будет иметь возможность обнаруживать жизнь», согласно астроном Крис Импи из Университета Аризоны.
Запланированная миссия Стрекоза винтокрылая предназначена для приземления на твердую землю и многократного перемещения. Dragonfly будет программой New Frontiers Mission # 4. Его инструменты будут изучать, насколько далеко продвинулась химия пребиотиков. Dragonfly будет нести оборудование для изучения химического состава поверхности Титана и отбора проб нижних слоев атмосферы на предмет возможных биосигнатур, включая концентрацию водорода.
