Жизнь на Венере

Жизненный цикл гипотетических венерианских микробов в представлении группы Сары Cиджер (Sara Seager). Те, что опускаются ниже облачного слоя, погибают от холода, но их споры с конвекцией в ряде случаев снова вернутся на высоту. Предложенный механизм удержания микробов в атмосфере Венеры — от дегидратированных «споровых» форм в нижних слоях до метаболически активных клеток на высоте / ©Wikimedia Commons

(источник)

finimor . На Венере астрономы обнаружили доказательства существования жизни. 4 декабря 2021

(источник)

Улица Шкловского . Почему Венера всё-таки может быть обитаема? Feat. Евгений Щербаков. 20 октября 2020

Жизнь на Венере (Life on Venus) — гипотеза о существовании жизни на планете Венера.

Общие сведения

Венера, хотя во многом и похожа на Землю, но медленно движется вокруг своей оси (более 200 земных дней), а её поверхность сильно разогрета парниковым эффектом (+462 °C), атмосферное давление в 92,1 раз выше земного. Поэтому, Венеру редко рассматривают как обитель жизни, и она не привлекает такого интереса как Марс и даже крупные спутники планет-гигантов.

Тем не менее, в верхних слоях атмосферы условия сравнительно приемлемы для поддержания жизни, так как на высоте 50—60 км Венера имеет примерно земные температурные условия. Но максимум речь может идти только и микробах.

История

В 1870 году английский астроном Ричард Проктор указал на возможность существования жизни на Венере, в трёх районах, близких к экватору, как он предполагал, было чрезмерно жарко, но есть предположения, что формы жизни могут существовать вблизи полюсов планеты. Шведский химик Сванте Аррениус в 1918 году описал Венеру как планету с пышной растительностью и влажным климатом, где жизнь похожа на ту, что была на Земле в карбоне. Российский астроном Г. А. Тихов предполагал на Венере желтую или оранжевую растительность.

В советском художественном фильме «Планета бурь» (1961) Венера ещё представлялась богатой жизнью. Чуть ранее вышел роман «Страна багровых туч» также про путешествие на Венеру, который написали братья Стругацкие.

Но с конца 50-х стал выясняться экстремальный климат на Венере, и данная планета надолго выпала из поля зрения астробиологов.

Гипотетическая венерианская жизнь в древности

На начальном этапе существования Венера была схожа с Землёй. По некоторым расчётам, 2,9 млрд лет тому назад температура на Венере должна была быть даже чуть ниже, чем на сегодняшней Земле. По расчетам американских и шведских исследователей, в ту пору океанами и морями было покрыто до 60% поверхности второй планеты, а атмосфера была в основном азотной.

В 1997 году астробиолог Дэвид Гринспун выпустил книгу «Venus Revealed» (Раскрытие Венеры), в которой предположил, что Венера в ранней период имела более благоприятный климат, чем позже Земля и Марс. Хотя он не заключил, что земная жизнь зародилась на Венере, но оставил открытой возможность того, что в то время и сейчас на Венере есть углеродные формы жизни. Спускаемые космические аппараты с Земли замыкают круг, возвращаясь, по иронии судьбы, на Венеру — к истокам возможного зарождения жизни в Солнечной системе.

На раннем этапе становления Солнечной системы на Венере, Земле и Марсе могли существовать первичные «бульоны» из элементов органической жизни. За 4,5 млрд лет существования Солнца, его тепло постепенно росло. Когда Солнце и планеты были молоды, интенсивность солнечного света составляла примерно 70 % от текущего значения, увеличиваясь почти линейно на 1 % каждые 110 миллионов лет. То есть, на Земле и на Марсе, вероятно, были слишком низкие температуры, слишком холодный климат для жизни, как мы знаем. Но на Венере могли быть умеренные температуры.

В 2009 году при помощи зонда Венера-Экспресс были получены доказательства того, что атмосфера Венеры из-за солнечного излучения потеряла большой объём воды. В те времена вода большей частью содержалась в атмосфере в виде пара и имелась в большом количестве лишь на ранней стадии существования планеты.

В ходе совещания Группы анализа исследований Венеры (VEXAG, связанной с НАСА) в январе 2007 года, было отмечено, что изначальный океан Венеры мог существовать в течение более чем 2 млрд лет, то есть более половины истории планеты, что повышает вероятность возникновения жизни.

Таким образом, существует мнение, например высказанное планетологами из Института космических исследований НАСА, благоприятный для венерианской жизни период продолжался с 4.2 миллиарда до 715 млн лет назад, но произошла грандиозная катастрофа (извержения вулканов), которая полностью изменила облик планеты. Работа другой исследовательской группы показала, что ударные элементы во время поздней фазы формирования Венеры, примерно 4,5-4 млрд лет назад, могли обрушиться на планету в среднем с гораздо большей скоростью, чем те, которые столкнулись с Землей, более четверти столкновений с Венерой произошло бы со скоростью не менее 30 километров в секунду, и это могло помешать появлению жизни.

Впрочем, существует также мнение, что на Венере всегда было слишком жарко для океанов и жизни.

Гипотетическая венерианская жизнь в сейчас

Хотя температура на поверхности Венеры составляет в среднем +470 °С, тем не менее на Земле известны организмы-экстремофилы, которые обитают в подобных условиях, поэтому учёные полностью не исключают возможность существования микроорганизмов в венерианских облаках.

Не исключено, что жизнь на Венере находится под её поверхностью, где условия, могут оказаться более благоприятными, чем на поверхности. Микробы в плотной, облачной атмосфере могут быть защищены от солнечного излучения соединениями серы в воздухе.

В результате анализа данных, полученных зондами «Венера», «Пионер—Венера» и «Магеллан», в верхних слоях атмосферы обнаружены сероводород (H₂S) и сернистый газ (SO₂), а также сульфид карбонила (O=C=S). Первые два газа вступают в реакцию друг с другом, а это означает, что должен существовать постоянный источник этих газов. Карбонильный сульфид примечателен тем, что его трудно воспроизвести только неорганическим путём. Он производится за счёт эффективных катализаторов, требующих больших объёмов веществ разного химического состава. На Земле такими катализаторами являются микроорганизмы. Спускаемый аппарат «Венера-12» обнаружил присутствие хлора на высотах 45—60 км, а аэростатные зонды «Вега-1 и −2» подтвердили это. Было высказано предположение, что микроорганизмы на этом уровне могут поглощать ультрафиолетовый свет Солнца, используя его в качестве источника энергии. Это могло бы являться объяснением тёмных пятен, видимых на ультрафиолетовых изображениях планеты. Большое, несферическое облако частиц было также обнаружено в слоях облаков. Было также отмечено, что атмосфера содержит мало СО, несмотря на интенсивность света, падающего солнечного излучения и парниковой силы. Пока неизвестно, почему СО превращается в СО₂.

Изучение атмосферы Венеры показали, что в ней поддерживается природный баланс химических оснований. В анализе данных миссий «Венера», «Пионер-Венера-1» и «Магеллан» были выявлены сероводород и диоксид серы, а также, в верхних слоях атмосферы, карбонильный сульфид (OCS). Первые два из них — газы, которые реагируют друг с другом, это означает, что что-то должно являться их источником пополнения. Кроме того, сероуглерод находится в значительных количествах, что затрудняло бы производство неорганических веществ. На Земле это соединение будет считаться «верным признаком жизни». Одна из первых станций «Венера» обнаружила большое количество хлора под облачным покровом.

Было предположено, что гипотетические венерианские микробы могли бы использовать ультрафиолетовое излучение Солнца как источник энергии. Они могут быть объяснением наблюдаемых тёмных линий на фотографиях планеты сделанных в УФ-диапазоне.

В 2002 году на Европейской конференции по астробиологии в Граце двое учёных, Дирк Шульце-Макуш и Луи Ирвин, предположили наличие в облаках Венеры химических веществ, которые могут быть результатом деятельности живых организмов.

Одним из объяснений этому является существование в облаках микробной формы жизни (экстремофилы архейской структуры) с метаболизмом, полностью отличающимся от всего, что мы знаем на Земле, на основе СО и SO₂.

В 2011 году учёные, работающие с аппаратом Venus Express, нашли у Венеры озоновый слой: он находится на высоте примерно 100 км.

В январе 2012 года о возможном наличии живых существ на поверхности Венеры заявил главный научный сотрудник Института космических исследований РАН Леонид Васильевич Ксанфомалити. В ходе изучения данных, переданных советскими аппаратами, его внимание привлекли 9 фотографий, полученные КА Венера-13 и Венера-14. На них присутствуют некие объекты, которые появляются и исчезают на серии последовательных снимков. Среди них: «диск», «чёрный лоскут» и «скорпион». В частности, «скорпион» появляется на фотографии спустя 90 минут после включения камеры и через 26 минут исчезает, оставив после себя канавку в грунте. Ксанфомалити считает, что при посадке модуль создал сильный шум и «обитатели» покинули место посадки, а спустя некоторое время, когда всё утихло, они вернулись. Этим он объясняет 90-минутную задержку в появлении. Ксанфомалити приводит результаты обработки фотоснимков, полученных аппаратом Венера-9, и на них находит подозрительные объекты, гипотетически отождествляемые им с живыми организмами.

Российские учёные продолжают исследовать фотографии поверхности Венеры, сделанные КА «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14». Сделав ревизию результатов, полученных советскими спутниками и выводов Ксанфомалити, российские специалисты подтверждают фиксацию странных явлений и образований, более всего похожих на движущиеся симметричные живые существа. После тщательного анализа 41 снимка современными методами было обнаружено около 20 объектов, которые вполне могут быть отождествлены с какими-то формами жизни. На одном из снимков видно странное образование, имеющее симметричную форму и покрытое регулярными пятнами, которое движется со скоростью ~1 мм/сек. Российскими исследователями подтверждается ранее декларированное существование объекта «скорпион» и объектов типа «растений». Высказываются предположения, что наблюдаемые объекты могут быть формами жизни на «азотной» основе.

В ответ на эти гипотезы Ксанфомалити, представители НАСА заявили, что «диск» на фото — это отвалившаяся при посадке крышка от объектива, а другие объекты — это всего лишь шумы, усиленные при копировании и увеличении снимка. Исследователь Дон Митчел объясняет отмеченные Ксанфомалити аномалии как артефакты системы телеметрии и эффекты от изменения освещения с течением времени.

В августе 2019 года астрономы сообщили об обнаруженной долгосрочной модели поглощения ультрафиолетового света и изменениях альбедо в атмосфере Венеры и её погоде, вызванной «неизвестными поглотителями», которые могут включать неизвестные химические вещества или даже большие колонии микроорганизмов высоко в атмосфере.

В сентябре 2020 года в атмосфере Венеры был обнаружен газ фосфин PH₃, который считается биомаркером — признаком возможной жизнедеятельности (на Земле этот газ образуется в результате деятельности анаэробных бактерий). Об этом говорится в исследовании, которое группа астрономов во главе с Джейн Гривз из Кардиффского университета: было объявлено об обнаружении в атмосфере Венеры с помощью телескопа JCMT и радиотелескопа ALMA «маркера жизни» — спектральной линии газа фосфина в количестве ∼20 ppb ± 10 ppb, которое, по заявлению авторов, не удаётся объяснить абиогенными процессами. Это рассматривалось ими как свидетельство возможного существования на этой планете микробной жизни или каких-то неизвестных учёным фотохимических или геохимических процессов. Ещё одним доказательством существования в атмосфере Венеры фосфина может служить анализ данных масс-спектрометра Large Probe Neutral Mass Spectrometer автоматической межпланетной станции «Пионер-13» («Пионер-Венера-2»), полученных в декабре 1978 года на высотах 60—50 км. Образование фосфина может быть обусловлено взаимодействием серной кислоты с фосфидами. После исправления ошибок в методике подсчётов и повторной калибровки данных ALMA, наблюдаемая концентрация фосфина уменьшилась у авторов до 1—5 ppb. Инструмент Solar Occultation in the InfraRed на зонде Venus Express даёт гораздо более низкий верхний предел обилия 0,5 ppb на 60 км. В январе 2021 года появились публикации о том, что за фосфин в атмосфере Венеры по ошибке был принят сернистый газ — спектральная линия, с помощью которой идентифицировали фосфин, соответствует ещё и сернистому газу в мезосфере, а в данных ALMA сложно обнаружить обилие ∼1 ppb на этой высоте. Повторный анализ данных масс-спектрометрии Pioneer-13 с низким разрешением подтверждает наличие в атмосфере фосфорсодержащих соединений, которые могут быть отнесены к фосфину. Вероятным абиотическим источником венерианского фосфина, наблюдавшегося группой Джейн Гривз могут быть следовые количества фосфидов, образующихся в мантии и попадающие в атмосферу в результате вулканизма, где они вступают в реакцию с серной кислотой в аэрозольном слое с образованием фосфина (2Р³⁻ + 3H₂SO₄ = 2PH₃ + 3SO₄²⁻). Эпизодические изменения содержания диоксида серы в атмосфере Венеры после извержений вулканов могут объяснить обнаружение CO₂ на высоте 70 км ультрафиолетовым спектрометром Пионера-13.

Впрочем, скептики считают, за фосфин учёные приняли диоксид серы.

С помощью большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решётки Atacama Large Millimeter Array (ALMA), находящейся в Чили, учёные спектроскопически выявили присутствие в атмосфере Венеры простейшей аминокислоты глицина с переходом J=13 (13,1)–12 (12,0) при ν = 261,87 ГГц (16,7 σ статистическая значимость) с плотностью столбца N (глицин)=7,8×1012 см^-2, что соответствует вращательному переходу молекулы глицина. Распределение глицина в атмосфере Венеры происходит по той же схеме, как и в случае с фосфином, так как он наиболее распространён вблизи средних широт и экватора Венеры, но отсутствует на полюсах. Глицин встречается на более высоких высотах, чем фосфин (до 90 км).

Однако, в июне 2021 года учёные заявили, что венерианская атмосфера слишком сухая для микробов. Доктор Джон Холлсворт из Белфастской школы биологических наук отмечает:

Мы обнаружили, что эффективная концентрация молекул воды не просто меньше необходимой для выживания наиболее стойких микроорганизмов на Земле - она ниже более чем в 100 раз. Это почти нижняя граница шкалы, что непреодолимо далеко до условий, которые требуются для жизни.

В августе 2021 года было высказано предположение, что даже насыщенные углеводороды нестабильны в ультракислых условиях венерианских облаков, что делает проблематичными концепции венерианской жизни на основе клеток. Вместо этого предполагалось, что венерианская «жизнь» может быть основана на самовоспроизводящихся молекулярных компонентах «красного масла» — класса веществ, состоящих из смеси полициклических углеродных соединений, растворенных в концентрированной серной кислоте.

В декабре 2021 года учёные отметили присутствие в атмосфере Венеры аммиака и кислорода, что может быть признаком жизни.

Гипотетическая венерианская жизнь в будущем

Гипотетически возможно загрязнение земными организмами атмосферы Венеры из-за посещения этой планеты зондами.

Венера по ряду причин (венерианский уровень гравитации — 90,4% от земного, близость к Земле и т. д.) считается сравнительно подходящей к той или иной колонизации. Колонизация Венеры, естественно, предполагает её заселение живыми организмами — людьми и т. д. На сегодняшний момент колоссальные технические трудности не позволяют реализовать не только колонизацию Венеры, но и посещение её людьми, однако прогресс науки и техники может позволить осуществить это в будущем.

Например, предлагается создание гермооболочек, наполненных воздухом, которые будет плавать в атмосфере Венеры. В НАСА утверждают, что километровая шарообразная гермооболочка на Венере будет иметь подъемную силу в 0,7 млн тонн, а двухкилометровый шар будет поднимать уже примерно 6 млн тонн.

Предполагается, что земные микроорганизмы и растения позволят снизить температуру Венеры и изменить её атмосферный состав.