Ледяные шлейфы ледяного спутника Сатурна Энцелада могут содержать аминокислоты, предполагает исследование

Энцелад — главная цель в поисках жизни в Солнечной системе, которую НАСА определило как второе по приоритету место для флагманской миссии в следующем десятилетии.

Во время своей 20-летней миссии космический корабль НАСА Кассини обнаруженный что ледяные шлейфы вырываются с поверхности Энцелада со скоростью примерно 400 м/с (800 миль в час).

Эти шлейфы предоставляют прекрасную возможность собрать образцы и изучить состав океанов Энцелада и потенциальную обитаемость.

Однако до сих пор не было известно, приведет ли скорость шлейфов к фрагментации каких-либо органических соединений, содержащихся в ледяных зернах, что приведет к ухудшению качества образцов.

В новом исследовании ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили лабораторные доказательства того, что аминокислоты — важный класс биосигнатурных молекул — транспортируемые в этих ледяных шлейфах, могут выдерживать удары со скоростью до 4,2 км/с (2,6 миль в секунду). их обнаружение при отборе проб космическими аппаратами.

Начиная с 2012 года они изготовили по индивидуальному заказу уникальный спектрометр аэрозольного удара, предназначенный для изучения динамики столкновений одиночных аэрозолей и частиц на высоких скоростях.

Несмотря на то, что эта машина не была создана специально для изучения воздействия ледяных зерен, она оказалась именно подходящей для этой цели.

«Этот аппарат является единственным в своем роде в мире, который может выбирать отдельные частицы и ускорять или замедлять их до выбранных конечных скоростей», — сказал профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Роберт Континетти, старший автор исследования.

«От нескольких микрон до сотен нанометров в различных материалах мы можем исследовать поведение частиц, например, как они рассеиваются или как их структура меняется при ударе».

В 2024 году НАСА запустит Европа Клиперкоторый отправится к Юпитеру.

Европа, один из крупнейших спутников Юпитера, представляет собой еще один океанический мир и имеет такой же ледяной состав, как и Энцелад.

Есть надежда, что «Клипер» или любые будущие зонды Сатурна смогут идентифицировать конкретную серию молекул в ледяных зернах, что может указать на то, существует ли жизнь в подземных океанах этих лун, но молекулам необходимо пережить их быстрое изгнание. с Луны и сбор зондом.

Хотя были проведены исследования структуры определенных молекул в частицах льда, авторы исследования первыми измерили, что происходит, когда одна ледяная крупинка сталкивается с поверхностью.

Для проведения эксперимента ледяные зерна были созданы с помощью ионизации электрораспылением, при которой вода проталкивается через иглу, находящуюся под высоким напряжением, создавая заряд, который разбивает воду на все более мелкие капли.

Затем капли вводили в вакуум, где они замерзали.

Команда измерила их массу и заряд, а затем использовала детекторы заряда изображения, чтобы наблюдать за зернами, когда они пролетали через спектрометр.

Ключевым элементом эксперимента была установка микроканального пластинчатого ионного детектора, позволяющего точно рассчитать момент удара с точностью до наносекунды.

Результаты показали, что аминокислоты могут быть обнаружены с ограниченной фрагментацией до скоростей удара 4,2 км/с.

«Чтобы получить представление о том, какая жизнь может быть возможна в Солнечной системе, вам нужно знать, что в отобранных ледяных зернах не было большой молекулярной фрагментации, поэтому вы можете получить отпечаток того, что именно делает это автономная форма жизни», — сказал профессор Континетти.

«Наша работа показывает, что это возможно с ледяными шлейфами Энцелада».

Исследование также поднимает интересные вопросы для самой химии, в том числе, как соль влияет на обнаруживаемость определенных аминокислот.

Считается, что на Энцеладе находятся огромные соленые океаны — больше, чем на Земле.

Поскольку соль изменяет свойства воды как растворителя, а также растворимость различных молекул, это может означать, что некоторые молекулы группируются на поверхности ледяных зерен, что повышает вероятность их обнаружения.

«Последствия, которые это имеет для обнаружения жизни в других частях Солнечной системы без миссий на поверхность этих спутников океанского мира, очень интересны, но наша работа выходит за рамки биосигнатур в ледяных зернах», — сказал профессор Континетти.

команды работа появляется в Труды Национальной академии наук.

_____

Салли Э. Берк и другие. 2023. Обнаружение интактных аминокислот с помощью сверхскоростного масс-спектрометра с ударом ледяных зерен. ПНАС 120 (50): е2313447120; дои: 10.1073/pnas.2313447120