Исследователи из Великобритании проверили гипотезу, объясняющую необычный газовый состав атмосферы Венеры наличием жизни в ее облаках, и даже установили максимально возможную плотность биомассы гипотетических микроорганизмов. Их расчеты основывались на количестве диоксида серы в венерианской атмосфере и в дальнейшем позволят судить о возможности формирования жизни на похожих экзопланетах.
Диоксид серы (SO2) — ключевой элемент круговорота серы на Венере. Его обнаружили в атмосфере планеты на всех высотах — над, внутри и под плотными венерианскими облаками — еще на самом раннем этапе исследований, с использованием наземных наблюдений и приборов на космических и спускаемых аппаратах. Почти сразу (уже в конце 70-х годов, после проведения первых же измерений) ученые заметили странное неравномерное распределение диоксида в ее атмосфере.
Так, в облаках Венеры и над ними содержание диоксида серы на порядки ниже, чем в более низких слоях атмосферы. И если над облаками низкая концентрация SO2 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 процессе поиска механизма истощения атмосферного диоксида серы был предложен в том числе биологический вариант, а именно — три возможных биохимических пути, на которых может быть основан метаболизм гипотетических венерианских микробов. Используя эти пути, микроорганизмы, живущие в нижних слоях облаков, на высоте от 47 до 57 километров, могли бы поглощать и перерабатывать SO2 в другие соединения серы.
Исследователи из Кембриджского университета (Великобритания) применили комбинацию атмосферных и биохимических моделей для изучения этих метаболических путей и последствий, которые окажет метаболизм гипотетически существующих микробов на атмосферный состав газов Венеры. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications.
«Последние два года мы пытались объяснить странную химию серы, которую наблюдаем в облаках Венеры, — отметил соавтор исследования доктор Пол Риммер (Paul Rimmer) из Кембриджского отделения наук о Земле. — Жизнь довольно хорошо объясняет странную химию, поэтому мы изучили, есть ли вероятность того, что именно жизнь может быть объяснением и нынешних наблюдательных данных».
Модели, разработанные авторами работы, показали, что при определенных параметрах можно добиться снижения уровня диоксида серы до наблюдаемых величин. Однако взамен гипотетические микробы должны были бы поглощать и другие соединения (такие как угарный газ, водород и сероводород), а также производить и выбрасывать в атмосферу побочные продукты жизнедеятельности, например сероводород, углекислый газ, карбонилсульфид. Это сильно изменило бы соотношение атмосферных газов, что не соответствует наблюдениям.
Результаты моделирования могут соответствовать данным о составе газов в атмосфере Венеры только в случае установления жесткого верхнего предела на концентрацию биомассы гипотетических микробов, хотя в этом случае полностью объяснить истощение атмосферного SO2 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.
Кроме того, исследователи утверждают, что их результаты могут быть полезны и для изучения атмосфер экзопланет, подобных Венере, и возможного обнаружения жизни за пределами Солнечной системы. Так, некоторые молекулы серы, упоминаемые в новом исследовании, можно будет детектировать с помощью недавно запущенного космического телескопа имени Джеймса Уэбба.
«Чтобы понять, почему на некоторых планетах может быть жизнь, нам нужно понять, почему другие планеты безжизненны. Если бы жизни каким-то образом удалось проникнуть в венерианские облака, это полностью изменило бы подход к поиску химических признаков жизни на других планетах», — подытожил соавтор исследования доктор Оливер Шорттл (Oliver Shorttle) из Кембриджского отделения наук о Земле и Института астрономии.