Церера: карликовая планета с большим потенциалом для жизни

Церера — самый крупный объект в астероидном поясе между Марсом и Юпитером, который был исследован космическим аппаратом NASA Dawn. Одно из самых удивительных открытий этой миссии — это то, что на Церере есть сложные органические вещества. Это открытие алифатических молекул, состоящих из цепей углерода и водорода, в сочетании с доказательствами того, что Церера имеет обильный запас льда и могла быть океаническим миром, означает, что эта карликовая планета могла когда-то содержать основные ингредиенты, связанные с жизнью, такой как мы ее знаем.

Как алифатические органические вещества появились на Церере — это предмет интенсивных исследований с момента их обнаружения в 2017 году. Некоторые исследования пришли к выводу, что комета или другой богатый органикой космический объект доставил их на Цереру; другие указывают на то, что молекулы образовались на карликовой планете после того, как ее первичные материалы были изменены солоноватой водой. Но независимо от их происхождения, органические вещества на Церере подвергались воздействию многочисленных ударов, которые изрезали ее поверхность. Теперь новое исследование, представленное на собрании Геологического общества Америки GSA Connects 2023, расширяет понимание ученых о том, как удары повлияли на алифатические молекулы Цереры — и что это значит для определения их происхождения и оценки пригодности карликовой планеты для жизни.
«Органические вещества были изначально обнаружены в окрестностях большого ударного кратера, что побудило нас изучить, как удары влияют на эти органики», — говит Тэрик Дэйли, планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса, который возглавил это исследование. «Мы обнаружили, что органические вещества могут быть более распространены, чем было изначально сообщено, и что они, похоже, устойчивы к ударам при условиях, аналогичных Церере».
Использование нескольких наборов данных
Из данных миссии Dawn Дэйли знал, что Церера покрыта ударными кратерами различных размеров, образованных при столкновении с другими астероидами. Но то, чего он еще не понимал, — это как эти удары влияют на алифатические соединения — информация, которая была необходима для того, чтобы помочь ограничить происхождение органических веществ и то, как их сигнатуры могли измениться после того, как они подверглись воздействию нескольких ударов на протяжении миллиардов лет.
«Хотя исследователи проводили ударные и шоковые эксперименты на различных типах органических веществ в прошлом, — говит Дэйли, — то, чего не хватало, — это исследование, посвященное типу органических веществ, обнаруженных на Церере, с использованием того же типа аналитического метода, который использовал космический аппарат Dawn для их обнаружения». Это, по его словам, позволило бы провести прямое сравнение между экспериментальными и космическими данными.
Дэйли работал с командой, в которую входили Джессика Саншайн, астроном из Университета Мэриленда, и Хуан Ризос, постдок из Университета Мэриленда, который теперь является астрофизиком в Институте астрофизики Андалусии в Испании, чтобы провести серию экспериментов на вертикальном пушечном полигоне NASA Ames. Эксперименты имитировали условия удара, типичные для Цереры, с скоростями удара от 2 до 6 км/с (4400-13000 миль/ч) и углами удара от 15 до 90 градусов относительно горизонтальной плоскости.
Анализирование эффектов ударов
Для экспериментов Дэйли и его коллеги использовали образцы алифатических органических веществ из коммерчески доступных источников. Они также использовали спектроскопию инфракрасного отражения (IRS), тот же метод анализа данных, который использовал космический аппарат Dawn для обнаружения органических веществ на Церере. IRS измеряет спектр отраженного света от поверхности объекта и позволяет определить химический состав этой поверхности.
«Мы обнаружили, что при условиях удара Цереры органические вещества не разрушаются, а лишь немного изменяются», — говит Дэйли. «Это значит, что они достаточно устойчивы, чтобы сохраниться на долгое время на поверхности Цереры, даже если они подвергнутся множеству ударов». Он добавляет, что это также значит, что органические вещества могут быть обнаружены не только в окрестностях больших ударных кратеров, но и в других местах на Церере.
Определение происхождения органики
Дэйли и его коллеги также сравнили спектры органических веществ до и после ударов с данными миссии Dawn. Они обнаружили, что спектры экспериментальных образцов сходны с теми, которые были обнаружены на Церере, но не полностью совпадают. Это может быть связано с тем, что органические вещества на Церере имеют другой состав или структуру, чем те, которые были использованы в экспериментах.
«Это указывает на то, что органические вещества на Церере имеют более сложное происхождение, чем просто доставка кометой или другим ударником», — говит Дэйли. «Они могли быть синтезированы на Церере или модифицированы гидротермальной активностью или радиацией». Он добавляет, что для более точного определения происхождения органических веществ необходимо провести дальнейшие эксперименты с различными типами органик и различными условиями удара.
Оценка пригодности карликовой планеты для жизни
Дэйли и его коллеги также обсуждают, как их результаты могут повлиять на оценку пригодности Цереры для жизни. Они отмечают, что алифатические органические вещества, обнаруженные на Церере, являются простыми и не содержат азота или кислорода, которые являются важными элементами для жизни, как мы ее знаем. Однако они также указывают на то, что на Церере могут быть и другие типы органических веществ, которые еще не были обнаружены, и что органические вещества могут быть транспортированы в глубинные слои Цереры, где могут существовать более благоприятные условия для жизни.
«Церера — это очень интересный объект для изучения происхождения и эволюции органических веществ в солнечной системе», — говорит Дэйли. «Она также может быть потенциальным местом для поиска жизни за пределами Земли, хотя это требует дальнейшего исследования». Он надеется, что его работа будет полезна для будущих миссий к Церере, таких как предложенная NASA миссия DESTINY+, которая планируется запуститься в 2024 году.