Tokom istorije Zemlje, površina planete je redovno bila pod uticajem kometa, meteora i povremenog velikog asteroida. Iako su ovi događaji često bili destruktivni, ponekad do te mere da su pokrenuli masovno izumiranje, možda su takođe odigrali važnu ulogu u nastanku života na Zemlji. Ovo se posebno odnosi na Hadovsku eru (pre otprilike 4,1 do 3,8 milijardi godina) i kasno teško bombardovanje, kada je na Zemlju i druge planete u unutrašnjem Sunčevom sistemu uticao nesrazmerno veliki broj asteroida i kometa.
Smatra se da su ovi udarci bili način na koji je voda isporučena u unutrašnji solarni sistem i verovatno gradivni blokovi života. Ali šta je sa mnogim ledenim telima u spoljašnjem Sunčevom sistemu, prirodnim satelitima koji kruže oko gasovitih divova i imaju okeane u tečnom stanju u svojoj unutrašnjosti (tj. Evropa, Encelad, Titan i drugi)?
Prema nedavnoj studiji koju su vodili istraživači sa Univerziteta Džons Hopkins, uticaji na ove „okeanske svetove“ mogli su značajno da doprinesu površinskoj i podzemnoj hemiji koja je mogla da dovede do pojave života.
Tim su predvodili Shannon M. MacKenzie, planetarni naučnik, i njene kolege u Laboratoriji za primenjenu fiziku Univerziteta Džon Hopkins (JHUAPL). Njima su se pridružili istraživači sa Dartmouthove škole inženjeringa Thaier, Univerziteta Zapadnog Ontarija, Škole za Zemlju i planetarne nauke Univerziteta Curtin, Laboratorije za planetarnu nastanjivost (PHL) u UPR-u u Arecibu, Jacobs Technologi, NASA-ine Laboratorije za mlazni pogon i Astromaterijala Nauka o istraživanju i istraživanju (ARES) u NASA Džonsonovom svemirskom centru.
Rad koji detaljno opisuje njihove nalaze nedavno je objavljen u The Planetari Science Journal.
Kao što je navedeno u njihovom radu, udari asteroida, kometa i velikih meteora su češće povezani sa uništenjem i događajima na nivou izumiranja. Međutim, višestruki dokazi ukazuju da su ove iste vrste uticaja možda podržale pojavu života na Zemlji pre otprilike 4 milijarde godina.
Ovi događaji nisu samo isporučili isparljive materije (kao što su voda, amonijak i metan) i organske molekule, već savremena istraživanja pokazuju da su takođe stvorili nove supstrate i jedinjenja neophodna za život.
Štaviše, stvorili su različita okruženja koja su bila neophodna za nastanak i održavanje života na Zemlji. Kao što su istraživači napisali:
„Egzogeni materijali su procenjeni kao važan izvor organskih materija na ranoj Zemlji. Udarni talasi bi mogli da obezbede energiju za organsku sintezu važnih prekursora kao što su HCN ili aminokiseline.
„Gvožđe i toplota iz veoma velikih udarnih delova mogu da olakšaju smanjenje atmosferskih uslova neophodnih za obilnu proizvodnju HCN-a. Udari na lomljenje i, u tipičnim zemaljskim događajima, otapaju metu: propusniji supstrati i iskopavanje dubljih slojeva stena promovišu hidrotermalnu aktivnost i endolitska staništa .“
Prema najnovijim fosilizovanim dokazima, najraniji oblici života su se pojavili na Zemlji pre otprilike 4,28 milijardi godina. Ovi fosili su pronađeni iz taloga hidrotermalnih otvora u pojasu zelenog kamena Nuvvuagittuk u severnom Kvebeku u Kanadi, potvrđujući da je hidrotermalna aktivnost igrala vitalnu ulogu u nastanku života na Zemlji.
Ali šta je sa mnogim „okeanskim svetovima“ koji se nalaze u spoljašnjem Sunčevom sistemu? Ovo uključuje tela poput Evrope, Ganimeda, Encelada i Titana, kao i Uranove mesece Arijel i Titanija, Neptunov mesec Triton i trans-neptunska tela poput Plutona, Harona i možda više.
Ovaj termin se odnosi na tela koja su pretežno sastavljena od isparljivih elemenata kao što je voda i koja se razlikuju između ledene kore i stenovitog i metalnog jezgra. Na granici jezgro-plašt, plimno savijanje (rezultat gravitacione interakcije sa drugim telom) izaziva nakupljanje toplote i energije koja se oslobađa preko hidrotermalnih otvora u led.
Ovo omogućava ovim svetovima da održavaju okeane tečne vode u svojoj unutrašnjosti. Ukratko, ovi svetovi imaju sve neophodne sastojke za život: vodu, potrebna hemijska jedinjenja i energiju.
Štaviše, podaci iz misije NASA/ESA Cassini-Huigens potvrdili su da perjanice koje redovno izbijaju iz južnog polarnog regiona Enceladusa sadrže organske molekule. Na kraju, ali ne i najmanje važno, prisustvo površinskih kratera ukazuje da su ova tela tokom svoje istorije doživela površinske udare.
Prirodno se postavlja pitanje: da li su uticaji mogli da isporuče neophodne građevne blokove života „okeanskim svetovima“ na isti način na koji su ih dostavili unutrašnjem solarnom sistemu? I ako jeste, šta to znači o njihovoj potencijalnoj nastanjivosti danas? Kako je tim napisao u svom radu:
„Procesi uticaja su verovatno važan deo odgovora na ova pitanja, pošto uticaji mogu pokrenuti razmenu kroz ledenu koru – bilo direktnim zasijavanjem ili ispiranjem kroz koru – i stoga pokrenuti epizodne prilive organskih i neorganskih materijala sa površine i/ ili iz samog udarca. Udarci takođe mogu da generišu efemerne mikrokosmose: svaka tečna voda koja se istopila tokom udara zamrzava se tokom vremenskih razmera srazmernih energiji udara.
„Ustanovljen je uzbudljiv potencijal za hemiju unutar ovih džepova, od koncentriranja soli do pokretanja sinteze aminokiselina. Štaviše, hemija ledenih, ponekad bogatih organskim sastojcima (posebno u slučaju Titana) ciljnih materijala može generisati novo „seme“ ‘ jedinjenja (npr. aminokiseline ili nukleotidi) u bazenu rastopa.“
Prvi korak za Mekenzi i njen tim bio je da istraže početne nivoe šoka koji su stvoreni najčešćim uticajima na okeanske svetove – komete koje verovatno potiču iz Kajperovog pojasa i Ortovog oblaka. Da bi to uradio, tim je izračunao brzine i maksimalni pritisak koji bi se postigao udarima koji uključuju ledena i stenovita tela.
Takođe su razmotrili kako će se to razlikovati u zavisnosti od različitih porodica (primarni ili sekundarni uticaji) i koji sistemi su uključeni – na primer, Jupiter ili Saturn. Dok primarni udari uključuju komete ili asteroide, sekundarni udari su uzrokovani izbacivanjem koje stvaraju.
U slučaju sistema Jupiter i Saturn, sekundarni udarci mogu biti ledeni ili stenoviti u zavisnosti od toga gde su nastali (ledeno telo poput Evrope, Encelada i Titana, stenovito telo kao što je Io i veći asteroidi). Dok primarni udari imaju veće brzine i proizvode veće zapremine taline), sekundarni udari su češći.
Da bi odredio veličine topljenja, tim je konsultovao uočene veličine kratera na Evropi, Enceladu i Titanu, kao i dinamičke modele koji izračunavaju kumulativnu stopu stvaranja kratera tokom vremena. Zatim su uporedili vršne pritiske pri udaru sa pragovima za preživljavanje elemenata neophodnih za život, organskih molekula, aminokiselina, pa čak i mikroba identifikovanih u prethodnim studijama.
Iz ovoga su utvrdili da većina uticaja na Evropu i Enceladus doživljava vršne pritiske veće od onoga što spore bakterija mogu da prežive. Međutim, takođe su utvrdili da značajna količina materijala još uvek preživljava ove udare i da bi viši pritisci prvog kontakta takođe mogli da olakšaju sintezu organskih jedinjenja u otopljenoj vodi koja ispunjava kratere.
U međuvremenu, u proseku, Titan i Enceladus su doživeli udare sa nižim brzinama udara, stvarajući vršne pritiske koji spadaju u opseg tolerancije i za bakterijske spore i za aminokiseline.
Sledeći korak je bio da se razmotri koliko dugo će sveži krateri preživeti i da li će to biti dovoljno za sintezu bioloških materijala. Na osnovu uočenih veličina kratera na Enceladu i Evropi, utvrdili su da najdugovječniji krateri traju samo nekoliko stotina godina, dok Titanu mogu proći vekovi do desetine hiljada godina da se sveži krateri zamrznu.
Dok Evropa i Encelad doživljavaju udare veće brzine (zbog guste atmosfere Titana), dugovečna priroda Titanovih kratera znači da sva tri tela imaju šansu za eksperimente organske hemije.
Takođe su razmatrali stope obnavljanja površine na Evropi, Enceladu i Titanu i kako bi oni mogli da kruže biološki materijal u svoje unutrašnjosti. U sva tri slučaja, sateliti imaju relativno „mlad“ teren, što implicira redovne događaje ponovnog pojavljivanja na površini.
Na osnovu ovih razmatranja, Makenzi i njen tim su utvrdili da su topljenja izazvana udarima kometa na Evropu, Encelad i Titan bila dovoljno česta i dugovečna da budu od astrobiološkog interesa. Međutim, ovo varira u zavisnosti od sastava kometa i površinskog leda u pitanju. Kako su rezimirali:
„U Evropi i Enceladu, opstanak i taloženje organskih materija iz udarca su važniji jer ima manje površinskih organskih materija unutar ledene kore za zasijavanje bazena topljenja. Na Titanu, opstanak elemenata kao što je fosfor može biti važniji.
„Dakle, čak i mali, češći događaji udara doprinose astrobiološkom potencijalu isporukom manje modifikovanih jedinjenja na površinu koja su dostupna ili za trenutnu reakciju ako se talina proizvede ili za buduću obradu (uključujući naredne udarne događaje).“
Na primer, otkrili su da bi kometa koja udari u Evropu prosečnom brzinom udara stvorila krater od 15 km (9,3 mi) i obezbedila oko 1 km 3 (0,24 mi 3 ) otopljene vode.
Na osnovu obilja glicina (esencijalne aminokiseline) pronađene na kometi 67P Čurjumov–Gerasimenko, utvrdili su da će nekoliko delova na milion preživeti – otprilike tri reda veličine više od onoga što je primećeno da se formira oko hidrotermalnih izvora ovde na Zemlji.
„Dakle, impaktori zaseju bilo koju hemiju koja se dešava u topljenju, obezbeđujući organske i druge esencijalne elemente u zavisnosti od sastava udarca“, dodali su.
Iako ovo ne znači nužno da su ovi i drugi „okeanski svetovi“ trenutno pogodni za stanovanje ili da aktivno podržavaju život, oni pokazuju potencijal za buduća proučavanja.
U narednim godinama, misije kao što su ESA-in JUpiter ICi moons Ekplorer (JUICE) i NASA-ine misije Europa Clipper i Dragonfli će stići do Ganimeda, Evrope i Titana (respektivno). Takođe postoje planovi da se napravi Enceladus Orbiter koji će nastaviti tamo gde je sonda Cassini-Huigens stala tako što će se detaljnije ispitati aktivnost Enceladusa.
Stoga bi sprovođenje uzorkovanja i analize na licu mesta na ovim mesecima moglo da pruži snažan uvid u prebiotičke hemijske puteve i odredi pod kojim uslovima život može da se pojavi. Ove studije uzoraka će se takođe baviti većim pitanjem da li bi život mogao postojati u unutrašnjosti „okeanskih svetova“, pružajući pregled onoga što će buduće misije spremne za istraživanje ispod leda pronaći.
