Как НАСА доставило астероид на Землю

В оживленный февральский день 2004 года Данте Лауретте, доценту кафедры планетологии в Университете Аризоны, позвонил Майкл Дрейк, руководитель школьной лаборатории Луны и планет. «У меня в офисе стоит Lockheed Martin», — сказал Дрейк. «Они хотят отправить космический корабль к астероиду и вернуть образец. Ты дома?

Эти двое мужчин встретились в тот вечер во внутреннем дворике бара отеля в Тусоне со Стивом Прайсом, тогдашним директором по развитию бизнеса Lockheed Martin Space. За напитками они записывали идеи на салфетках для коктейлей. Прайс пояснил, что инженеры компании разработали технологию, которая позволит космическому кораблю размером с почтовый грузовик встретиться с околоземным астероидом, затем войти в режим, подобный колибри, и «поцеловать» его поверхность. «Клюв» корабля будет представлять собой разворачивающийся механизм длиной одиннадцать футов с канистрой на конце, которая будет поднимать материал небольшим потоком азота. Космический корабль поместит эту награду в защитную капсулу, улетит домой, а затем сбросит ее на парашюте на Землю.

Астероиды интересуют исследователей по многим причинам. Поскольку большинство из них появились еще до существования Земли, они содержат подсказки о долгой истории Солнечной системы. Они часто содержат ценные промышленные элементы, такие как кобальт и платина, которые становится все труднее найти на Земле. В будущем они могут обеспечивать астронавтов топливом, кислородом, водой и строительными материалами. И они также могут угрожать: в 2004 году астрономы обнаружили, что астероид по имени Апофис имеет почти трехпроцентную вероятность столкнуться с Землей в 2029 году, предположительно убив миллионы людей. (По прогнозам, он отстанет от нас примерно на двадцать тысяч миль — это эквивалент перелета туда и обратно из Нью-Йорка в Сидней.)

Хотя на известных нам астероидах нет жизни, биохимики тоже ими интересуются. В какой-то момент истории Земли химия стала биологией: более простые молекулы вступили в реакцию с пребиотическими молекулами, а они, в свою очередь, объединились, чтобы создать ДНК, РНК, белки и другие компоненты жизни. Точные условия, вызвавшие это, невозможно определить, поскольку тысячелетия потрясений, включая тектонику плит, оставили геологические записи далекого прошлого Земли неполными. Но астероиды — строительные блоки планет, застывшие во времени миллиарды лет назад — дают химические снимки того, какой была наша планета до появления жизни. Падая на Землю в виде метеоров, они также усугубили химическую сложность планеты. Многие ученые сегодня полагают, что важные химические компоненты жизни не были приготовлены на Земле, а были доставлены астероидами из более крупного котла ранней Солнечной системы. Анализ образца, полученного с астероида, может пролить свет на то, откуда взялась биохимия.

За месяц до того, как Лоретта, Дрейк и Прайс встретились, чтобы выпить, НАСА космический корабль под названием «Звездная пыль» посетил комету Уайлд-2 и собрал один миллиграмм материала — ценность снежинки. Вскоре корабль вернет его на Землю для анализа. Миссия, которую описывал Прайс, могла собрать фунт астероида или больше — достаточно, чтобы исследователи могли анализировать его в течение столетий. И все же Лауретта колебалась. На одобрение миссии потребуются годы; даже если бы он был запущен, успех не был гарантирован. Руководитель Лауретты в аспирантуре был учёным с Mars Observer, НАСА космический корабль, предназначенный для выхода на орбиту Красной планеты и изучения ее геологии, атмосферы и климата. Миссия обещала открыть новые научные пути и сделать карьеру. Но в 1993 году, когда космический корабль собирался выйти на орбиту вокруг Марса, он исчез, и о нем больше никогда не было слышно. (НАСА подозревает разрыв топливопровода.)

В тридцать три года Лауретта была занята погоней за должностью, а не за астероидами. Ему нужно было писать статьи по астробиологии, а не предложения по космическим полетам. Но что, если бы они действительно могли достичь астероида и добыть его? Это было бы выдающимся достижением — все равно что вернуться в прошлое, чтобы собрать лопату первозданной Земли. Лауретта и Дрейк обсудили это и пришли к компромиссу. Пока Лауретта строила свою научную карьеру, Дрейк — пионер в области планетологии и ветеран многочисленных НАСА проектов — будет вести миссию «вверх и вперед», проводя космический корабль из бара в Тусоне в глубокий космос. Как только корабль выйдет в космос, Лауретта должна будет спустить его «вниз и обратно», работая в качестве главного исследователя, руководя исследованием астероида, организуя «поцелуй» и возвращая материал обратно на Землю. Этот процесс может занять десятилетие. Но это также может переписать историю жизни на Земле.

Ранняя Солнечная система была хаотичным местом. Гигантские планеты мигрировали, нарушая аккрецию Марса, создавая пояс астероидов, а затем рассеивая часть его. Объект размером с планету по имени Тейя столкнулся с недавно сформировавшейся Землей, затопив ее поверхность морем магмы и создав Луну. Планету бомбардировали продолжительные залпы астероидов. В конце концов Земля остыла, и появились океаны, усеянные цепями вулканических островов и глубоководными гидротермальными жерлами. По всему земному шару прокатились грозы, а из-за отсутствия озонового слоя обрушилось ультрафиолетовое излучение. Несколько сотен миллионов лет спустя в геологических летописях появляется жизнь.

Алфавит жизни иногда называют ЧНОПС: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Эти химические вещества по-разному соединялись, образуя воду, липиды, простые сахара и другие соединения-предшественники живых существ. Но никто точно не знает, как произошла жизнь, и воспроизвести это событие с нуля в лаборатории до сих пор не удалось. В 1953 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри, два химика из Чикагского университета, опубликовали результаты эксперимента, который Миллер провел, пытаясь смоделировать этот процесс. Они запечатали водород, воду, метан и аммиак в закрытую систему, слегка нагрели ее и применили электрические искры. Через неделю в аппарате появилась темная жижа. Они проанализировали его и обнаружили, что он содержит несколько строительных блоков аминокислот, используемых для создания белков. Это значительно продвинуло гипотезу «доморощенного синтеза». В наиболее распространенной версии этой истории ЧНОПС Атомы в первичном супе объединились в нуклеиновые основания, фундаментальные компоненты генетического материала, и аминокислоты, которые соединились, чтобы сформировать белки, подготавливая почву для клеточной жизни. Липиды сформировали клеточные мембраны, а сахара предоставили энергию и стали частью РНК, предшественника ДНК, которая хранит генетическую информацию и воспроизводит себя. «Как только дарвиновская эволюция пришла в движение и жизнь приобрела достаточную информационную способность, чтобы быть изобретательной, жизнь просто продолжается», — сказал мне Джеральд Джойс, президент Института биологических исследований Солка в Калифорнии.

Гипотеза «экзогенной доставки» является альтернативой доморощенному синтезу. В нем утверждается, что непрерывные залпы астероидов и комет, богатых пребиотическими соединениями, врезались в раннюю Землю, способствуя зарождению жизни. Дэниел Главин, старший научный сотрудник по возврату проб в НАСАГоддарда рассказал мне, что в последние десятилетия ученые пришли к выводу, что атмосфера ранней Земли на самом деле не способствовала образованию органических соединений. (Хотя Миллер и Юри предположили, что атмосфера богата аммиаком и метаном, ученые-планетологи теперь полагают, что это в основном углекислый газ с небольшим количеством азота.) «Независимо от условий Земли, этот материал приходил, несмотря ни на что, доставляя химические строительные блоки — это почти гарантия», — сказал Главин. «Неважно, какой была атмосфера раньше».

В 1969 году метеорит весом двести двадцать фунтов развалился на части и упал на полосу сельскохозяйственных угодий недалеко от города Мерчисон в Виктории, Австралия. Космохимики обнаружили, что он богат пребиотическими соединениями и водоносными минералами. Совсем недавно Ясухиро Оба из Университета Хоккайдо в Японии, Главин и другие использовали новые методы для повторного анализа фрагментов метеорита Мерчисон. В образцах они обнаружили разнообразный набор азотистых оснований — молекул, которые на Земле участвуют в хранении и передаче генетической информации. «Мы можем спорить о том, было ли доставлено достаточно этих соединений», — сказал Главин. «Думаю, это справедливый вопрос. Но никто не оспаривает тот факт, что хотя бы некоторые из них могли быть доставлены астероидами и кометами».

Когда Лауретта встретилась с Дрейком и Прайсом в баре Тусона, он выглядел как НАСА инженер — волосы короткие и аккуратные, рубашка накрахмаленная. Но его история была бурной. Лауретта выросла с матерью-одиночкой в ​​одноместном трейлере в пустыне Аризоны; его отец, наркоман, ушел, когда ему было двенадцать. Лауретта, первая в семье, поступившая в колледж, зарабатывала на жизнь поваром быстрого приготовления. В Университете Аризоны он получил тройную специализацию по физике, математике и японскому языку и был преданным Дедхед. Длинноволосый и украшенный галстуком-краской, он был полон решимости исследовать внешние пределы сознания.

Лето перед пятым годом обучения в колледже Лауретта провела, готовя еду в дайв-баре недалеко от озера Тахо, а спала в автобусе «Фольксваген», припаркованном в национальном лесу. Но он «хотел проверить пределы всего, посмотреть, как далеко в дикую природу я смогу зайти», — пишет он в своих предстоящих мемуарах.Охотник за астероидами.Однажды он увидел объявление в студенческой газете: оно гласило: «Если вы хотите расширить свою вселенную и получать за это еще и деньги, есть ли у нас работа для вас!» Это было для НАСА Исследовательские стипендии по космическим грантам — межуниверситетская программа, цель которой — привлечь многообещающих молодых учёных в мир космоса. Лауретта ответила: НАСА и Университет Аризоны принял его, и вскоре он присоединился СЕТИ, «Поиски внеземного разума», где он написал компьютерную программу, которая могла преобразовать спектральные отпечатки химических реакций в математический язык, понятный инопланетянам. В следующем году он поступил в аспирантуру.

Он получил докторскую степень. в 1997 году. Два года спустя астрономы, входившие в совместную НАСА-Исследовательская программа ВВС-MIT обнаружила объект размером с гору, приближающийся к Земле. Исследователи определили, что вероятность его столкновения с нами составляет один к двадцати семистам — немного меньше, чем у профессионального игрока в гольф, попадающего в лунку. Они также пришли к выводу, что астероид, позже названный Бенну, вероятно, представлял собой груду обломков, богатую углеродом. Он был частью гораздо более крупного астероида, образовавшегося в начале Солнечной системы, прежде чем катастрофическое столкновение с другим астероидом разрушило его. Бенну вышел из раздробленных останков и позже был выброшен на околоземную орбиту. Ученым в НАСАэто казалось хорошим кандидатом на исследовательскую миссию.