Жидкая вода, энергия и питательные вещества — это, в нашем нынешнем понимании, классический набор обязательных условий существования жизни. Изучение разнообразных биот Земли свидетельствует: везде, где есть вода, высоки шансы найти живые организмы. Это одна из причин, почему главным направлением поиска жизни в Солнечной системе постепенно становится поиск предпосылок или прямых свидетельств наличия жидкой воды. Условия на других планетах резко отличаются в худшую сторону от — преимущественно благоприятных для жизни — земных. Однако наши надежды на успех подкрепляет открытие, что некоторые территории и акватории Земли, где в крайне суровом окружении все-таки выживают определенные виды живых организмов, по своим физическим и химическим параметрам близки к условиям как других планет, так и их спутников в Солнечной системе и за ее пределами.

Для «экстремалов» среди биологических видов существует обобщающее понятие экстремофилы, объединяющее одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи, и многоклеточные, от микроскопических беспозвоночных тихоходок до пингвинов. Тихоходки, крохотные полупрозрачные существа длиной менее полумиллиметра, внешне напоминают покрытую панцирем восьминогую панду. Пережившие все пять массовых вымираний, они обнаруживаются на Земле практически повсеместно и выдерживают даже пронизанный радиацией космический вакуум. Специфическими типами экстремофилов, на которые стоит обратить внимание при поиске внеземной жизни, являются термофилы (теплолюбивые), криофилы (холодолюбивые), галофилы (солелюбивые), барофилы (выдерживающие высокое давление), ацидофилы (живущие в кислотной среде, т.е. при низких показателях pH), алкалифилы (живущие при высоких показателях pH), анаэробы (живущие в отсутствиии кислорода) и способные переносить высокие уровни радиации. Организмы каждой из этих групп в принципе способны вынести враждебную среду других миров Солнечной системы. Вопрос лишь в том, реализуется ли эта потенциальная возможность.

На сегодняшний день нам известен лишь один вариант организации жизни, хотя и невероятно разнообразный в своих проявлениях, и лишь один образчик мира, способного ее поддерживать. Земля идеально приспособлена для жизни. Это каменистая планета с мощной защитной атмосферой, находящаяся в так называемой зоне 3латовласки — пространстве в системе звезды, где выполняются условия, при которых на большей части планеты не нарушаются температурные пределы существования жидкой воды, а следовательно, и жизни. Однако жизнь, хотя и была впервые найдена на планете, с тем же успехом могла бы возникнуть и на спутнике. По ряду ключевых требований некоторые спутники планет Солнечной системы особенно перспективны в плане поиска внеземной жизни. Единственными спутниками в зоне 3латовласки являются, собственно, наша Луна и спутники Марса Фобос и Деймос, но на них отсутствуют атмосфера и вода в жидком состоянии, так что искать там жизнь бессмысленно. Оказалось, впрочем, что зона 3латовласки не только шире, чем считалось ранее, но и не является единственной в системе звезды. Согласно современной теории таких зон может быть несколько, но они не формируют сектор пространства вокруг Солнца, а окружают планеты Солнечной системы. Поэтому искатели внеземной жизни обратили внимание на спутники некоторых планет, и им есть из чего выбирать: вокруг газовых гигантов — Юпитера и Сатурна — обращаются более 210 скованных космическим холодом естественных спутников. Правда, лишь немногие из них оказались интересными с точки зрения астробиологов, однако и это намного больше, чем могут предложить сами гигантские планеты!

Астрономические наблюдения и недавние полеты космических станций позволили установить, что многие из спутников Солнечной системы геологически активны. Из-подо льда извергаются вулканы и выплескиваются потоки расплавленной лавы, бьют гейзеры размером с иные европейские страны, обнаруживаются тысячи ударных кратеров и обширные сети каналов и долин. Что самое потрясающее, на этих спутниках наблюдается множество потенциально обитаемых зон. Их покрытая ледяным панцирем поверхность едва ли пригодна для жизни, но ученых будоражит вопрос, не скрываются ли подо льдом океаны жидкой воды, существующие достаточно долго, чтобы накопить биологический потенциал. Если под слоями льда имеются слои воды и эти водные резервуары контактируют с источниками тепла, поступающего из недр (вследствие радиоактивного распада, вулканической деятельности или гидротермальной активности), то их можно считать потенциально обитаемыми. Однако при всех этих многообещающих геологических особенностях условия на ледяных спутниках все-таки намного более суровы, чем даже в самых экстремальных уголках Земли. Поэтому астробиологам трудно подобрать на Земле адекватные сравнительные образцы или аналоги подобной среды обитания, а значит, и потенциальных форм жизни — они оказываются крайне малочисленными и труднодоступными. На данный момент наши знания о реальных условиях на ледяных спутниках в основном опираются на теоретические построения, а не на точные данные. Лучшим умам Земли предстоит еще немало потрудиться, чтобы найти жизнь на столь удаленных объектах. Но чем сложнее, тем интереснее!

Мы не можем получить образцы с Юпитера и Сатурна для поиска микроскопической жизни, но располагаем достаточно убедительными свидетельствами того, что жизнь — какой мы ее знаем — на них существовать не способна. Юпитер состоит преимущественно из водорода и гелия и практически не имеет воды, без которой жизнь невозможна. У планеты нет даже твердой поверхности, на которой формы жизни могли бы развиться, и единственный крошечный шанс для юпитерианской жизни — микроорганизмы, парящие в верхних слоях атмосферы. Но и это слишком маловероятно: атмосфера гиганта пребывает в постоянном движении, и, даже если бы живым организмам каким-то чудом удалось научиться жить наверху, где давление ниже, со временем мощные атмосферные потоки неизбежно увлекли бы их вниз, в области, где давление в тысячи раз превышает земное, а температура превосходит 10 000°С. Это означало бы практически мгновенную гибель. Ни одна известная нам форма земной жизни не способна существовать в среде с подобными характеристиками.

Если жизнь практически невозможна на Юпитере, то же самое справедливо и для Сатурна. Эта планета, как и ее более крупная соседка, состоит практически исключительно из водорода и гелия (вода в ничтожно малом количестве содержится разве что в нижнем облачном слое) и не имеет твердой опоры. Выше облаков царит холод около -150°С, и, хотя по мере снижения высоты температура увеличивается, параллельно растет и давление. К сожалению, на высотах, где становится достаточно тепло для существования жидкой воды, давление уже превышает предельно допустимое для жизни. Там еще и дуют чудовищные ветры со скоростью до 1800 км/ч.

Одним из самых интересных в плане пригодности для обитания спутников в Солнечной системе представляется Европа. На первый взгляд это крайне негостеприимное место. Хотя и сформированное из силикатных пород, как Земля и землеподобные планеты, это небесное тело покрыто не жидкой водой, а гладким панцирем водяного льда толщиной до 100 км. Поскольку орбита Европы проходит внутри магнитосферы Юпитера, ее поверхность постоянно облучается ионизирующим излучением, а температура на ней колеблется от -187°С до -141°С, что значительно холоднее нижнего предела для роста микробов. Это неудивительно, поскольку Европа находится примерно в 780 млн км от Солнца (в пять с лишним раз дальше, чем Земля).

Поверхностный лед как таковой не та среда, где могут обитать ныне известные формы земной жизни. Однако ледовый панцирь, возможно, служит достаточной защитой от жесткой радиации, чтобы под ним могли уцелеть органические соединения и даже организмы, и обеспечивает более благоприятную температуру. Подобно тому как лед на поверхности пруда является теплоизолирующим слоем для прудовой воды, позволяя ей оставаться жидкой и поддерживать жизнь водных обитателей, ледовый панцирь Европы укрывает огромный океан, помогая ему оставаться достаточно теплым, чтобы не замерзать, несмотря на огромную удаленность от Солнца. Обращаясь вокруг Юпитера, Европа испытывает деформирующие воздействия из-за мощного притяжения массивной планеты, разогревающие недра спутника, что также препятствует промерзанию воды. Если ваше представление рисует жалкий слой соленой воды под огромным массивом льда, то вы ошибаетесь: Европа не намного меньше Луны, и объем ее океана оценивается в 3x1018 м³ — в два раза больше совокупного объема всех земных океанов. На океанском дне могут действовать потенциально активные кратеры вулканов, разогревающие воду и создающие условия для процветания бактерий, как это имеет место на Земле. Таким образом, Европа располагает двумя ключевыми элементами, считающимися обязательными для возникновения и даже продолжения жизни, — водой и тепловой энергией. Остается только найти органику.

Условия на Европе чрезвычайно сложны для жизни, но на Земле известен ряд экстремофильных организмов, в частности обитателей полярных широт, которые могли бы послужить аналогом для потенциальных форм жизни на спутнике Юпитера. Во-первых, наблюдается важное сходство между солеными озерами Земли и океаном Европы. Очень соленые, богатые сульфатами воды озера Тирес в Испании могут по составу напоминать подледный океан Европы. В этом озере были обнаружены процветающие солелюбивые организмы — галофилы. Во-вторых, на нашей планете имеются озера, остающиеся жидкими подо льдом, в том числе на глубине более 3 км под ледовым щитом Антарктики. Вода в них остается жидкой благодаря сочетанию тепла земной коры и давления льда. Озера Восток, Эллсворт, Бонни и Вида считаются близкими по условиям соленому подповерхностному океану Европы и демонстрируют способность живых организмов существовать миллионы лет подо льдом в полной изоляции. В пробах льда, взятых в районе крупнейшего известного субгляциального озера Восток в 2012 г., были обнаружены ДНК примерно 3507 организмов. На Европе могут найтись и донные обитатели. Ряд экстремофильных сообществ обжили черный, холодный, находящийся под чудовищным давлением мир океанских глубин Земли, прежде всего в окрестностях глубоководных гидротермальных источников, например Лост-Сити на Срединно-Атлантическом хребте и в Марианской впадине в Тихом океане. Эти аналоги важно изучить, несмотря на то что пока физические исследования глубоководной биосферы Европы невозможны.

Шестой по величине спутник Сатурна Энцелад имеет 505 км в диаметре. Он покрыт ледовым панцирем, полуденная температура на поверхности которого составляет -198°С. Зонд НАСА «Кассини», пролетевший мимо Знцелада в 2005 г., обнаружил заинтересовавшие астробиологов признаки геологической активности. На южном полюсе — удивительно теплом, если учесть, что там сплошной лед, — наблюдались извергающиеся из криовулканов чудовищно мощные выбросы мелкой ледяной крошки и водяного пара. На сегодняшний день было зафиксировано более сотни таких выбросов, создавших гигантский шлейф, протянувшийся в космосе на несколько тысяч километров и содержащий не только воду (по мнению ученых, из подледного океана), но и простые органические молекулы на основе углерода и летучие вещества: азот, углекислый газ и метан (N₂, CO₂, CH₄) — аналогичный химический состав имеют кометы. Каждый гейзер выбрасывает струю высотой более 400 км (примерно расстояние от Лондона до Парижа), и если часть водяного пара возвращается на поверхность Энцелада в виде снега, все остальное улетает к Сатурну. Выбросы с Энцелада составляют основную массу вещества знаменитых колец планеты-гиганта.

Данные, собранные во время пролетов «Кассини», позволяют предположить, что под замерзшим ледяным внешним слоем скрывается каменное ядро, покрытое промежуточным слоем глобального водного океана. Вероятно, этот океан имеет физический контакт с каменной мантией Энцелада, следовательно, там возможно протекание всего спектра любопытнейших — полезных для жизни — химических реакций. Скорее всего, океан насыщен хлоридом натрия (обычной поваренной солью), как и земные океаны, и имеет щелочную среду с pH от 11 до 12. Причиной щелочной реакции могут быть химические взаимодействия металлических руд и воды с выделением молекулярного водорода (также служащего источником химической энергии). Химические реакции в недрах Энцелада теоретически могут давать достаточно энергии, чтобы поддерживать устойчивую биосферу. Эта масса внеземной воды имеет также высокое содержание карбонатных солей, так что ее аналогами являются скорее содовые озера, такие как Моно в Калифорнии, а не Атлантический или Тихий океаны. На земле в таких водоемах живут разнообразные экстремофильные организмы. На океанском дне Энцелада, предположительно, имеются активные гидротермальные источники, создающие условия, близкие к тем, что породили одни из первых форм жизни на Земле. Необходимые для жизни сложные вещества должны поступать из глубоких недр «сатурнианской луны», от слоя, питающего газовые выбросы. Таким образом, мы предполагаем, что органические молекулы, используемые жизнью и обязательные для нее, могут быть глубоко внутри Энцелада.

Возможная подповерхностная экосистема Энцелада отличается от многих земных тем, что тамошние формы жизни должны быть независимы от кислорода и не должны нуждаться в органике, производимой с помощью реакции фотосинтеза (процесса образования биомолекул органического вещества из углекислого газа и воды за счет энергии Солнца). Молодые вулканические ландшафты Исландии представляются удачной аналогией газовых гейзеров Энцелада, а также его возможных жизненных форм. Исландия покрыта гейзерами и горячими источниками, трещинами в земной поверхности, откуда бьет эффектными фонтанами почти кипящая вода, покрывая окружающий грунт водоемами с высоким содержанием минералов и питательных веществ. Вокруг горячих источников Исландии термолюбивые и кислотолюбивые бактерии образуют пленку микроорганизмов, процветающих в горячих кислых водах. Это миниатюрная версия колоссальных выбросов Энцелада, дающая достаточно информации, чтобы понимать процессы их формирования и высоко оценивать их потенциал создания и поддержания подходящей среды обитания.

Титан, затянутый сплошной дымкой спутник Сатурна, очень напоминает Землю — по крайней мере внешне. Плотная атмосфера этого, предположительно землеподобного, небесного тела содержит много азота, а ее мощные облака и сезонные бури оставляют на поверхности настолько большие увлажненные участки, что их видно с орбиты спутника. Солнечный свет и поток электронов из магнитосферы Сатурна разрушают азот и метан в атмосфере Титана и инициируют последовательность реакций, в результате которых образуются углеродные соединения. Плотная взвесь из твердых частиц органических веществ в атмосфере скрывает поверхность спутника от наблюдателя. Под непроницаемой завесой прячется узнаваемый ландшафт с горами, дюнами, руслами рек, озерами, береговыми линиями и морями. Одно из озер, море Кракена, в три раза больше Мичигана и Гурона из группы Великих озер Северной Америки.

На этом сходство заканчивается. Космический аппарат «Кассини» обнаружил, что мир Титана только выглядит похожим на наш, но имеет совершенно другой химический состав. Температура на поверхности около -179°С означает, что водоемы не могут быть заполнены водой. Скорее всего, в морях Титана плещется смесь метана и этана. Эти углеводороды (на Земле встречающиеся в газообразном состоянии) в условиях космического холода на Титане сжижаются и текут по его поверхности. Во втором по величине море Титана, Лигейе, содержится в сотни раз больше жидких углеводородов, чем во всех нефтяных и газовых месторождениях Земли, и, скорее всего, они возникли в результате совершенно иных процессов, отличных от земных. Это не единственное потрясающее внешнее сходство, оборачивающееся радикальным различием. Титан состоит не из каменных пород, а из блоков водяного льда. Вместо расплавленной лавы в его недрах содержится шуга из водяного льда в смеси с аммиаком. Твердые частицы не лежат слоем грунта на его поверхности, а висят в виде тумана в атмосфере, откуда выпадают дождем, и даже ветровые дюны Титана, вероятно, состоят не из песка, а из углеводородов.

Титан был бы самым перспективным местом для поиска внеземной жизни в Солнечной системе, обойдя Европу и Энцелад, если бы не царящий на нем холод. При такой температуре фосфолипиды — химические соединения, из которых состоят клеточные мембраны, — и воду, присутствующую во всех клетках, ждет глубокая заморозка. Следовательно, жизнь на поверхности Титана могла бы возникнуть лишь на основе совершенно иных химических соединений, чем на Земле, чтобы не зависеть от невозможной здесь жидкой воды. Несмотря на это жизнь развивалась бы в необычных местах обитания, от углеводородных морей на поверхности до больших глубин в недрах спутника и даже в глубоком подповерхностном океане из воды и аммиака, возможно существующем здесь, как и на Европе и Энцеладе, и представляющем собой потенциальную биосферу вдвое вместительней земной.

Однако в силу совершенно другого химического состава жидкостей на Титане нам остается лишь строить гипотезы о том, как могли бы выглядеть здешние формы жизни. На Земле мы находим слишком мало аналогий с этим миром. Углеводородные озера — главная цель поиска обитаемой среды и жизни на Титане. Их самым известным земным аналогом является битумное озеро Пич-Лейк на острове Тринидад — естественный резервуар жидких углеводородов, как на

Титане, только значительно меньшего размера. Здесь обнаружено уникальное сообщество микроорганизмов-экстремофилов, включающее анаэробных архей и бактерий. Естественные выходы битума в Ранчо Ла-Брея в Калифорнии и на нефтяных месторождениях Ойл-Филд на Аляске также помогают составить впечатление о возможных местообитаниях на Титане. Несмотря на множество отличий, добиотические условия Титана и наличие соответствующей органики в принципе позволяют стартовать химической эволюции, аналогичной той, что когда-то началась на Земле. Поэтому ученые смотрят на Титан с большой надеждой.

Многие ученые, ищущие внеземную жизнь, представляют себе возможные формы этой жизни совершенно не похожими на инопланетян из поп-культуры. Они не рассчитывают на встречу с маленькими серыми или зелеными человечками, но надеются обнаружить простые экстремофильные микроорганизмы, сложные органические соединения, например аминокислоты, и биологические признаки наличия жизни в прошлом. Чем больше мы знаем об экстремофилах и сложнейших условиях, в которых они способны существовать на Земле, тем выше оцениваем шансы найти жизнь на других объектах Солнечной системы, в особенности на спутниках внешних планет Солнечной системы.