В облаках Венеры происходит что-то странное. Телескопы обнаружили необычно высокие концентрации молекулы фосфина, вонючего легковоспламеняющегося химического вещества, обычно связанного с фекалиями и микробной активностью, в умеренном слое атмосферы намного выше раскаленной поверхности планеты.
Окутанная серно-кислотными облаками, обладающая громадным атмосферным давлением и температурой, достаточно высокой, чтобы расплавить свинец, Венера — адский мир. Но конкретно тот слой облаков, где присутствует фосфин, оказывается относительно теплым, с достаточным количеством солнечного света, а также атмосферным давлением и температурой, подобными земным. Разумеется, новые результаты должны быть тщательно проверены научным сообществом. Тем не менее, они, похоже, вызовут новый всплеск интереса к изучению нашей ближайшей планеты-сестры.
Молекулярная тайна
«Это действительно загадочное открытие, потому что фосфин не вписывается в наши представления о том, какие химические вещества должны быть в атмосфере Венеры», — говорит Майкл Вонг, астробиолог из Вашингтонского университета. С ним соглашается планетолог Санджай Лимай из Университета Висконсин-Мэдисон. «Суть в том, что мы не знаем, что там происходит», — говорит он.
После Солнца и Луны Венера — самый яркий объект, видимый невооруженным глазом на земном небе. На протяжении тысячелетий люди рассказывали истории о сверкающем драгоценном камне, который появлялся на восходе и закате Солнца. Именно блеск Венеры сделал ее привлекательной для Джейн Гривз, радиоастронома из Кардиффского университета в Англии. Обычно она фокусирует свое внимание на далеких молодых планетных системах, но пару лет назад захотела проверить способности молекулярной идентификации на мирах в пределах нашей Солнечной системы.
Спектр Венеры.
В 2017 году Гривз наблюдала Венеру с помощью телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT) на горе Мауна-Кеа, расположенной на Гавайях, ища штрихкод-подобные узоры линий в спектре планеты, которые указывали бы на присутствие различных химических веществ. При этом она заметила линию, связанную с фосфином. Данные показали, что молекула присутствует в атмосфере планеты в количестве около 20 частей на миллиард, что в 1000-10000 раз превышает ее концентрацию в атмосфере Земли. «Я была ошеломлена», — говорит Гривз.
Фосфин — относительно простая молекула, содержащая один атом фосфора и три атома водорода. Известно, что он воняет чесноком или гниющей рыбой, хотя к тому времени, когда его концентрация становится достаточной, чтобы люди смогли почувствовать его запах, он, скорее всего, вызовет повреждение легких. В пилотном эпизоде сериала «Во все тяжкие» Уолтер Уайт готовил газ с фосфином, чтобы вырубить двух нападавших, угрожавших ему.
Но приготовить это вещество не так просто, как показали в сериале. Фосфор и водород «ненавидят друг друга», говорит Клара Соуза-Силва, молекулярный астрофизик из Массачусетского технологического института и соавтор нового исследования. «У водорода часто есть возможность образовать более простую связь, да и фосфор предпочитает связываться с кислородом. Но если вы дадите им достаточно энергии, они могут объединиться и оставаться стабильными в некоторых средах».
Газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, содержат фосфин, потому что в их недрах достаточно жарко, чтобы его создание было энергетически благоприятным. Парниковая атмосфера Венеры, напротив, полна кислородсодержащих химических веществ, таких как углекислый газ, которые обычно воруют фосфор у фосфин. Поэтому наличие в ней такой молекулы, особенно в концентрациях, которые определила Гривз, является настоящей загадкой.
В прошлом году исследователи и их коллеги провели новые наблюдения Венеры с помощью более мощной системы — Атакамской большой [антенной] решётки миллиметрового диапазона (ALMA) в Чили, снова обнаружив атмосферную сигнатуру фосфина. Затем они попытались найти все возможные причины существования там этой необычной молекулы, включая вулканическую активность, удары молний и даже разрушение метеоритов в атмосфере планеты. «Я думаю, что лучшие возможности, которые мы рассчитывали, давали концентрацию примерно в 10 000 раз ниже наблюдаемой», — говорит Гривз.
Молекула фосфина.
Конечно, могут быть иные способы производства фосфина, которые команда еще не рассматривала. Но после того, как они исчерпали свое воображение в поисках абиотических объяснений, исследователи почувствовали себя вынужденными признать еще одну возможность в своей статье, которая появилась 14 сентября в Nature Astronomy: молекула могла быть создана венерианской жизню, потому что именно жизнь является основным способом ее проявления на Земле.
Жизнь в облаках
Астробиологи давно очарованы Марсом, сухой каменистой планетой с условиями, не очень сильно отличающимися от земных. Совсем недавно они обнаружили, что ледяные миры во внешней Солнечной системе также пригодны для жизни: таковыми являются извергающий гейзеры спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа, таящий в недрах целый океан воды. Однако, несмотря на все недостатки Венеры, ученые, рассуждающие о внеземной жизни, не совсем ею пренебрегали.
На высоте от 50 до 60 километров над поверхностью Венеры находится слой атмосферы с давлением, равным давлению на уровне моря на Земле, и температурой от нуля до 50 градусов Цельсия. И если бы не облака из серной кислоты, этот слой можно было бы назвать даже «гостеприимным». Тем не менее, существуют земные организмы, которые без проблем переносят такие чрезвычайно кислые условия в горячих источниках и других экстремальных средах. Эта относительно мягкая область и именно то место, где был обнаружен фосфин.
Еще в 1960-х годах астрономы заметили, что облака Венеры отражают меньше солнечного ультрафиолетового света, чем должны по расчетам: вместо этого что-то неизвестное в атмосфере, похоже, предпочитает поглощать этот свет. Ныне покойные астробиологи Гарольд Моровиц и Карл Саган предположили, что причиной могут быть голодные до энергии фотосинтезирующие организмы. Между тем другие исследователи никогда не прекращали поиски альтернативных абиотических объяснений.
Так, последние данные свидетельствуют о том, что планета все еще геологически активна. А модель, выпущенная ранее в этом году, показала, что на Венере мог быть океан на протяжении трех миллиардов лет, то есть он исчез всего несколько сотен миллионов лет назад, когда по Земле бродили динозавры. Вполне возможно, что жизнь могла возникнуть на Венере, когда наш сестринский мир был намного больше похож на Землю, и перешла в атмосферу только потому, что неконтролируемый парниковый эффект сделал поверхность планеты непригодной для жизни.
Атмосфера Венеры.
«Я всегда думал, что жизнь в облаках Венеры так же вероятна, как и в недрах Марса», — говорит Дэвид Гринспун, астробиолог из Института планетологии, который не принимал участия в новом исследовании. «Каждая из этих сред может быть пригодной для жизни, но не гарантированно».
Тем не менее, не составляет труда доказать, что облака Венеры враждебны жизни, какой мы ее знаем. Были обнаружены микробы, плавающие в атмосфере Земли, но ни одни из них, как известно, не проводят исключительно там весь свой жизненный цикл. Все они рано или поздно должны приземлиться, а поверхность Венеры с температурой в несколько сотен градусов слабо подходит для этого.
Рассматриваемая область Венеры также в 50 раз более засушлива, чем Чилийская пустыня Атакама, самое сухое место на нашей планете. И хотя земные микроорганизмы нашли способы процветать в водной среде со следами серной кислоты, условия на злом близнеце Земли существенно отличаются: ее облачный слой состоит в основном из серной кислоты с минимальным количеством воды.
Возвращение на Венеру
Венера остается малоизученным местом — у нас есть фото ее поверхности лишь из прошлого века, полученные советскими зондами. «Несмотря на то, что это буквально ближайшая к нам планета, она таит много загадок, которые всё еще нужно решить», — говорит Вонг. Чтобы исключить все абиотические объяснения существования фосфина, исследователям придется узнать гораздо больше о самой планете, включая ее химию, геологию и физику атмосферы, добавляет он.
Другой проблемой может быть само обнаружение фосфина. Атмосфера Венеры достаточно бурная и добавляет помех в спектр, что мешает точному определению линий различных веществ в нем. Более того, помехи могут имитировать сигнатуру фосфина, говорит Бруно Безар, спектроскопист Парижской обсерватории. «Я не вижу веских аргументов, чтобы сказать, что это точно не помехи», — говорит он.
Фото поверхности Венеры, полученные советским зондом «Венера-9».
Гривз считает, что шансы обнаружить помехи вместо сигнала при использовании двух различных устройств, JCMT и ALMA, статистически невелики. Тем не менее, она и ее коллеги надеются провести дополнительные наблюдения на других длинах волн — например, в инфракрасном диапазоне — чтобы дополнительно проверить свои первоначальные результаты. Создание карт мест, где появляется фосфин, с более высоким разрешением, а также наблюдение за тем, проявляет ли он какие-либо сезонные колебания, тоже может помочь связать его с биологическими процессами.
Во многих отношениях это неожиданное открытие похоже на объявление 1996 года о нахождении потенциальной микробной жизни в древнем марсианском метеорите, получившем название Allan Hills 84001. Наряду со структурами, похожими на ископаемые бактерии, образец содержал кристаллы железа необычной формы, которые выглядели идентичными тем, которые производятся микроорганизмами на Земле. Прошло много лет, прежде чем исследователи смогли найти неорганическое объяснение этих кристаллов.
Хотя в этом случае жизнь не оправдала ожиданий, «это заставило всех задуматься, «а почему бы и нет?», — Говорит Гринспун. «Все, что мы знаем о Марсе, согласуется с этой возможностью. Это сильно стимулировало развитие астробиологии как области науки».
Открытие фосфина могло бы сыграть аналогичную роль в привлечении внимания планетологов к Венере. В последние годы уже существует контингент исследователей, требующих новых миссий на нашу сестринскую планету. Россия предложила отправить свою миссию «Венера-Д», которая будет включать орбитальный и спускаемый аппараты, на Венеру уже в 2026 году. Европейское космическое агентство также разрабатывает космический аппарат EnVision, и он может достичь своей цели в следующем десятилетии.
В настоящее время НАСА рассматривает предложения о финансировании двух различных миссий на Венеру в рамках своей программы Discovery: орбитальных зондов VERITAS и DAVINCI+. Последний также должен провести первый спускаемый аппарат через атмосферу Венеры со времен советских аэростатов «Вега» 1984 года. Окончательное решение по этим миссиям ожидается где-то в следующем году.
Советский зонд «Вега». Именно с них были спущены аэростаты в атмосферу Венеры, которые и рассказали нам о ее составе.
Любые из этих усилий, наряду с дополнительными наблюдениями с помощью телескопов на Земле, могут помочь укрепить или ослабить аргументы в пользу биологического фосфина на Венере. До тех пор многие в этой области, скорее всего, воздержатся от четких выводов. «Амбициозно говорить, что на Венере есть жизнь», — говорит Вонг. «Равно как и утверждать, что на Венере определенно не может быть жизни».
Со своей стороны, Соуза-Сильва надеется, что научное сообщество подвергнет работу ее и ее коллег тщательному изучению. «Я уверена, что наши модели и обработка данных хороши, но я все еще настроена скептически», — говорит она. «Я ожидаю, что мир придет и укажет на мои ошибки».
Такие дебаты важны для науки, потому что подобные головоломки будут появляться каждый раз, когда кто-то заявляет о доказательствах существования жизни на планете в нашей Солнечной системе или за ее пределами, говорит Соуза-Силва. «Я думаю, что очень сложно доказать что-то подобное», — добавляет она. «У нас есть врожденное желание найти жизнь. Мы хотим не быть одинокими, но мы также не хотим ошибаться. Иногда эти две вещи трудно заставить сосуществовать».
