Ученые показали, как астероиды могли породить жизнь на Земле

На самый главный и интригующий вопрос - как на Земле появилась жизнь - у науки до сих пор нет ответа. Научное сообщество давно раскололось на два лагеря. Одни доказывают, что жизнь возникала на самой Земле, другие - что она занесена из космоса. Каждая предлагает свои теории, но выиграет тот, кто предъявит убедительный эксперимент. По сути, сумеет в колбе получить если не жизнь, то условия для ее возникновения. И такие попытки периодически предпринимаются. Самый знаменитый опыт был поставлен еще в 1952 году американцами Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. Они воссоздали атмосферу ранней Земли, которая, как они считали, была смесью из метана, аммиака и водорода. Это ассорти бомбардировали электрическими разрядами, которые имитировали земные молнии. И через неделю в смеси появилось пять аминокислот, из которых строятся белки. А позднее таким способом удалось получить более 20 аминокислот.

Казалось бы, эксперимент раскрыл тайну возникновения жизни, однако большинство ученых он не убедил. Скептики сомневались, что состав атмосферы 3-4 миллиарда лет был именно такой, с такими же концентрациями компонентов.

И вот сейчас группа чешских и французских ученых решила повторить эксперимент американцев, но в ином варианте. В модели атмосферы древней Земли они заменили метан на угарный газ и убрали водород. Помимо обыкновенных электрических разрядов через эту "атмосферу" пропускали мощные лазерные импульсы. Они должны имитировать образование плазмы от удара по Земле крупных астероидов и комет.

Результат превзошел все ожидания. Ученым удалось получить все четыре основания нуклеиновых кислот РНК, которые участвуют в реализации генетической информации. Но самое главное, они показали, как подобное вообще могло произойти миллиарды лет назад, выявить цепочку химических превращений. Схема примерно такая. Землю атаковало множество крупных астероидов, возникала плазма, которая могла образовать в атмосфере вещество формамид. И уже из него при определенных условиях получаются основания РНК -- аденин, гуанин, цитозин или урацил. По словам авторов эксперимента, он показал принципиальную возможность образования основных элементов РНК в атмосфере древней Земли. То есть способ зарождения жизни на нашей планете.

Но поставлена ли точка в давнем споре? Напомним, что несколько лет назад российские и итальянские ученые в другом эксперименте показали, что жизнь могла быть занесена к нам из космоса. И самое интересное, что тоже работали с формамидом и тоже создали условия для возникновения РНК.

- Мы проводили опыты с формамидом, который в огромных количествах присутствует в космосе, - рассказывал тогда корреспонденту "РГ" член-корреспондент РАН Евгений Красавин из Объединенного института ядерных исследований в Дубне. - Формамид облучали ионизирующей радиацией, которой пронизан космос. А катализатором реакции стало вещество, взятое из упавших на Землю метеоритов. В результате образовались соединения, которые необходимы для возникновения структуры РНК.

Споры о том, как на Земле появилась жизнь, разгораются с новой силой

Получается, что Земля не является уникальным объектом для возникновения жизни, она может зародиться в любых уголках Вселенной. Это серьезный аргумент для сторонников теории панспермии, которая утверждает, что жизнь занесена на Землю из космоса. Таким образом, споры, как на Земле появилась жизнь, в ближайшее время не утихнут, ведь каждая сторона получила свои весомые аргументы.

Построена первая глобальная модель системы колец вокруг кентавра Харикло

Команда исследователей из Японии смоделировала два кольца вокруг Харикло, самого крохотного из известных ученым тел Солнечной системы, имеющих кольца. В этом исследовании впервые была построен а модель всей системы колец целиком с использованием частиц размерами близкими к их реальным размерам, а также учтены столкновения и гравитационные взаимодействия между частицами. Модель, построенная командой, позволила получить информацию о размерах и плотности частиц, входящих в состав материала этих колец. Впервые совместно рассмотрев подробности структуры и общую картину, команда пришла к выводу, что внутреннее кольцо Харикло не может быть стабильным без дополнительной «помощи». Вполне возможно, что частицы, входящие в состав материала колец, на самом деле имеют меньшие размеры, чем предполагалось, или что еще не открытый «спутник-пастух», движущийся вокруг Харикло, стабилизирует это кольцо.

Чтобы выявить подробности структуры и эволюции колец Харикло, доктор Шуго Мичикоши (Shugo Michikoshi) из Киотского женского университета и профессор Эйитиро Кокубо (Eiichiro Kokubo) из Национальной астрономической обсерватории Японии (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ) провели моделирование колец Харикло при помощи суперкомпьютера ATERUI, установленного в NAOJ. Благодаря большому числу процессоров компьютера ATERUI и относительно небольшому размеру системы колец Харикло стало возможным провести крупномасштабное моделирование системы колец в целом, используя частицы реальных размеров.

В 2014 г. два кольца, разделенных щелью, были открыты вокруг Харикло, крупнейшего известного ученым кентавра. Кентавры представляют собой небольшие тела, движущиеся между орбитами Юпитера и Нептуна. Хотя диаметр Харикло составляет всего лишь несколько километров, его кольца почти так же непрозрачны, как кольца Сатурна и Урана. Поэтому Харикло представляет идеальный шанс смоделировать всю систему колец в целом.

Астероид пройдет на безопасном расстоянии от Земли 19 апреля

Относительно крупный околоземный астероид, открытый примерно три года назад, пройдет мимо Земли 19 апреля на безопасном расстоянии, составляющем порядка 1,8 миллиона километров, что примерно эквивалентно 4,6 расстояния от Земли до Луны. Хотя вероятность столкновения этого астероида с нашей планетой крайне низкая, тем не менее это прохождение станет самым близким подходом астероида такого размера к Земле. Этот астероид, известный как 2014 JO25, был открыт в мае 2014 г. астрономами обзора неба Catalina Sky Survey – проекта, являющегося частью программы НАСА NEO Observations Program. Недавние измерения, выполненные при помощи миссии НАСА NEOWISE, указывают на то, что размер астероида составляет около 650 метров, а отражательная способность поверхности примерно в два раза превышает отражательную способность поверхности Луны. 

В настоящее время информации о физических свойствах этого объекта имеется немного, хотя его траектория хорошо изучена.

Этот астероид приблизится к Земле со стороны Солнца и станет различим в ночном небе после 19 апреля. Ожидается, что яркость его достигнет 11-й величины, и этот космический камень можно будет разглядеть при помощи небольших оптических телескопов в течение одной-двух ночей, после чего он растворится в темноте неба, поскольку астероид стремительно удаляется от нашей планеты.

Астероиды могут стать источниками воды для космических станций

Вода в космосе принципиально необходима: кроме того, что она нужна астронавтам, ее можно превратить в ракетное топливо, что существенно удешевит исследование космоса. Пока вся необходимая для полетов H2O транспортируется с поверхности Земли, что составляет одну из самых высоких статей расходов в исследовательских программах. К тому же она занимает в летательных аппаратах слишком много места и дает кораблю много дополнительного веса. Специалисты говорят, что среди всех ограничений в освоении космоса это одно из самых принципиальных. Ученые полагают, астероиды могут стать источниками воды для космических станций. Люди смогут добывать для себя полезные ископаемые на астероидах, построив вблизи них космические межпланетные станции. При этом космические тела станут хорошим источником воды для добытчиков. Специалисты выяснили, что достаточно часто на астероидах присутствует вода, в пример они приводят бывшую комету Патрокл, сформировавшуюся впоследствии в астероид. 

Ученые подсчитали, что один астероид шириной 500 м содержит в 80 раз больше воды, чем может поместиться в самый крупный танкер, и если ее трансформировать в топливо, то получится в 200 раз больше, чем требовалось для запуска всех ракет в истории человечества. Исследователи убеждены, что вода с астероидов значительно сократит затраты на космические миссии, поскольку гораздо более выгодно транспортировать ее с одного из астероидов на орбиту Земли, чем доставлять с поверхности нашей планеты. В космосе воду можно использовать для заправки спутников, увеличения грузоподъемности ракет, обслуживания орбитальных станций, защиты от радиации.

Ученые отметили, что некоторые космические объекты, сформированные при столкновении комет и астероидов, полностью представляют собой глыбы льда. Так как доставка воды с Земли является достаточно сложным процессом, такие объекты могут вполне стать источниками воды для астронавтов, живущих на межгалактических станциях.

По данным специалистов американского космического агентства NASA, богатый водой астероид шириной 500 м обладает водой стоимостью $50 млрд. Ее можно доставить на специальную космическую станцию, где будут заправлять аппараты для полетов в дальний космос. Эксперты говорят, что это чрезвычайно выгодно даже в случае самого пессимистического развития событий: если из космического тела будет извлечено всего 1% воды и половина ее используется при доставке. А при лучших раскладах ценность астероидов составляет десятки триллионов долларов. Особенно если учесть, что при проведении разработок горнодобывающий аппарат может летать между планетами с помощью воды от того астероида, на котором она добыта - это приведет к высокой окупаемости.

Идея сама по себе хороша, но до недавнего времени не было технологий, позволяющих ее реализовать. И вот, похоже, к этому приблизились исследователи NASA. В рамках проекта Asteroid Provided In-Situ Supplies (APIS), или "Внутренних поставок с астероидов", они разработали способ добычи воды из космических тел. Исследования финансируются отделом NASA по поддержке инновационных передовых концепций NIAC. После многочисленных лабораторных проверок инновация была представлена на сентябрьском собрании Американского института аэронавтики и астронавтики.

Целью Asteroid Provided In-Situ Supplies является масштабная разработка астероидов, но главное место в программе занимает добыча из них воды и ее трансформация в доступное на орбите топливо для космических кораблей. Ученым нужно было решить, как добыть воду из каменистых углеродистых хондритов, составляющих поверхность астероидов. Пока для таких задач может использоваться только дорогая, сложная и зачастую непрактичная робототехника. Специалисты NASA предложили гораздо более перспективную альтернативу: технологию добычи с использованием оптической энергии. Участвующий в разработке в рамках APIS профессор Джоэл Серсел поясняет, что оптическая энергия, то есть, сфокусированный с помощью двух комплектов зеркал солнечный свет, может стать лазером для выпаривания из астероидов воды.

Такой луч способен просверлить отверстия в твердых породах, бурить и даже крошить астероид. При этом небесное тело будет помещено в специальный защитный мешок, который станет оригинальной надувной системой захвата астероида. Такой мешок, изготовленный из выдерживающего высокие температуры материала, будет обладать достаточными размерами, чтобы полностью вместить небесное тело. После того, как астероид окажется в ловушке, на него направят концентрированную солнечную энергию, которая заставит воду испаряться в специальный ограждающий мешок. Оттуда эта жидкость стечет в холодильный резервуар, где будет храниться в виде твердого льда. Эксперты уже провели компьютерное моделирование этого процесса и лабораторные эксперименты на образцах метеоритов.

Теперь, для проведения испытаний за стенами лаборатории, NASA отправило группу исследователей на полигон White Sands в Нью-Мексико. В процессе эксперимента модель астероида будет нагреваться при помощи солнечных печей до экстремально высоких температур отраженным и сфокусированным солнечным лучом. Так проверят, насколько эффективно сконцентрированный свет сможет бурить твердую поверхность и извлекать из материалов летучие вещества, в том числе и воду. Если эта стратегия подтвердит свою состоятельность, проект перейдет в следующую фазу разработки.

Предполагается, что предложенная методика позволит получать всего за пару месяцев порядка 120 тонн воды, которую можно хранить и транспортировать на лунную орбиту, используя в том числе как топливо для бортовой солнечно- тепловой двигательной установки. В план проекта APIS входит сбор 100 метрических тонн воды из недр околоземных астероидов и перемещение их на лунную орбиту в рамках одного запуска ракеты SpaceX Falcon 9. "Нам удалось создать принципиально новую бизнес-модель, которая позволит сделать освоение космоса коммерчески выгодным", - говорит Джоэл Серсел. Он считает, что разработки в рамках APIS смогут обеспечить NASA необходимыми расходными материалами и топливом для всех будущих пилотируемых миссий, включая исследование лунной орбиты, освоение Марса и полеты к околоземным астероидам.

Добыча воды на астероидах имеет столь важное значение и потому, что после этого станет возможной разработка других элементов и металлов на небесных телах: железа, никеля, платины, золота. В частности, некоторые околоземные объекты содержат металлы платиновой группы в таких высоких концентрациях, какие имеются далеко не на всех богатейших земных рудниках. К примеру, по данным NASA, на одном богатом платиной астероиде шириной 500 м имеется почти в 174 раза больше этого металла, чем добывается на Земле в год и в 1,5 раза больше всех известных мировых запасов платины. Немаловажно, что в отличие от Земли, где тяжелые металлы расположены ближе к ядру, металлы на астероидах распределены по всей поверхности, что существенно облегчает их добычу. Кроме доставки на Землю, добытые на астероидах металлы могут использоваться прямо в космосе. Такие элементы, как, например, железо и алюминий, можно будет применять при строительстве космических объектов, защиты аппаратов и т.п.

На самом деле, разработка астероидов может действительно обогатить Землю. Человечество только начинает понимать невероятный потенциал таких проектов и создавать для этого технологии. Существует более 1500 астероидов, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли. До них не сложно добраться, а небольшая сила тяжести этих небесных тел существенно облегчает посадку и взлет.