Британские ученые проверили предположение, согласно которому необычный газовый состав атмосферы Венеры может быть связан с наличием живых организмов в ее облаках. В ходе исследования была определена максимальная возможная плотность биомассы гипотетических микроорганизмов. Расчеты, выполненные на основе данных о содержании диоксида серы во венерианской атмосфере, в будущем помогут оценить вероятность возникновения жизни на экзопланетах со схожими характеристиками.
Диоксид серы (SO2) — диоксид серы — важный компонент круговорота серы на Венере. Он был найден в атмосфере планеты на всех высотах — над, внутри и под плотными венерианскими облаками — в ходе первых исследований, с использованием наземных наблюдений и инструментов, установленных на космических и спускаемых аппаратах. Уже вскоре (в конце 70-х годов, после проведения первых измерений) ученые обратили внимание на необычное, неравномерное распределение диоксида серы в ее атмосфере.
Содержание диоксида серы в облаках Венеры и выше их значительно меньше, чем в более глубоких слоях атмосферы. И если над облаками низкая концентрация SO 2 ожидаема (поскольку в результате фотохимического воздействия солнечного света из диоксида серы и паров воды образуется серная кислота, наполняющая венерианские облака), то в плотном слое облаков его должно быть гораздо больше, чем наблюдается сейчас.
В стремлении найти способ уменьшения количества диоксида серы в атмосфере, рассматривался биологический подход. В частности, были предложены три потенциальных биохимических пути, которые могли бы лежать в основе метаболизма гипотетических микроорганизмов, обитающих на Венере. Согласно этим путям, микроорганизмы, живущие в нижних слоях облаков на высоте от 47 до 57 километров, могли бы поглощать и перерабатывать SO 2 в другие соединения серы.
Используя сочетание атмосферных и биохимических моделей, ученые из Кембриджского университета (Великобритания) исследовали метаболические пути и то, как метаболизм потенциально обитающих на Венере микроорганизмов может повлиять на состав ее атмосферы. Результаты исследования представлены в статье опубликована в журнале Nature Communications.
«За последние два года мы стремились понять необычную химию серы, которую фиксируем в облаках Венеры, — заявил один из авторов исследования, доктор Пол Риммер ( Paul Rimmer) мы из Кембриджского отделения наук о Земле. Поскольку жизнь успешно объясняет необычные химические процессы, мы решили исследовать, может ли она послужить объяснением и современным наблюдательным данным».
Авторы работы создали модели, демонстрирующие, что при заданных условиях возможно уменьшение концентрации диоксида серы до значений, соответствующих реальным показателям. Вместе с тем, для этого гипотетическим микроорганизмам пришлось бы поглощать и другие вещества, включая угарный газ, водород и сероводород, а также выделять в атмосферу продукты своей жизнедеятельности, такие как сероводород, углекислый газ и карбонилсульфид. Это привело бы к существенному изменению состава атмосферных газов, что противоречит имеющимся данным.
Моделирование покажет соответствие с данными о составе газов в атмосфере Венеры лишь при условии ограничения максимальной концентрации биомассы предположительных микроорганизмов. Однако в таком случае будет сложно объяснить полное исчезновение атмосферного SO 2 биохимическими реакциями уже не получится. Согласно расчетам, при наиболее реалистичной оценке энергетических потребностей клеток микроорганизмов их концентрация должна составлять не более 10 -5-10-3 миллиграммов в одном кубическом метре воздуха. Тем не менее, как признают авторы работы, если жизнь на Венере использует неизвестный на сегодня метаболический путь, эта оценка может сильно измениться.
Учёные полагают, что полученные ими данные могут также пригодиться при изучении атмосфер экзопланет, схожих с Венерой, и в поиске признаков жизни за пределами Солнечной системы. В частности, некоторые молекулы серы, описанные в новом исследовании, могут быть обнаружены с помощью недавно запущенного телескопа имени Джеймса Уэбба.
«Чтобы выяснить, на каких планетах возможна жизнь, необходимо также понимать, почему другие планеты лишены жизни. В случае, если жизнь каким-то образом смогла бы существовать в венерианских облаках, это радикально изменило бы методы поиска химических следов жизни на других планетах», — заключил один из авторов исследования, доктор Оливер Шорттл ( Oliver Shorttle) из Кембриджского отделения наук о Земле и Института астрономии.