Новые измерения ледяной оболочки Европы омрачают его потенциальную обитаемость 

Фото из открытых источников

Наблюдения показывают, что ледяной спутник Юпитера Европа покрыт толстым слоем льда, образующим теплый океан. Этот океан богат химическим составом и, возможно, содержит все необходимые ингредиенты для жизни. Именно поэтому Европа является таким привлекательным объектом для поиска жизни, и именно поэтому космические аппараты NASA Europa Clipper и ESA JUICE направляются к этому спутнику для более детального изучения.

Предположения о наличии океана на Европе восходят к миссиям «Вояджер». Изображения, полученные этими космическими аппаратами, показали потрескавшуюся ледяную поверхность, что заставило некоторых ученых задуматься о наличии подповерхностного океана. Миссия «Галилео» предоставила дополнительные доказательства того, что Европа не полностью замерзла. Космический телескоп «Хаббл» также укрепил эту идею, наблюдая выбросы пара, пробивающиеся сквозь лед спутника, которые могли быть результатом утечки воды.

Однако, какими бы заманчивыми ни были эти наблюдения, они представляют собой лишь начало понимания этого интригующего спутника. Прежде чем можно будет выдвинуть гипотезу об обитаемости, необходимо ответить на ряд важных вопросов. Один из них касается толщины ледяной оболочки Европы, а также трещин и разломов в ней.

Ученые считают, что для поддержания жизни в океане Европы необходим путь сквозь лед, позволяющий океану и поверхности «общаться» химическим путем. Поверхность Европы подвергается мощному излучению Юпитера, и эта энергия приводит в действие химические реакции. В результате образуются антиоксиданты и другие химические вещества, благоприятные для жизни. Если лед тонкий или если есть трещины, которые служат химическими путями, эти вещества могут достигать океана.

Хотя до того, как Europa Clipper и JUICE достигнут Европы, ещё много лет, у НАСА есть космический аппарат, изучающий систему Юпитера: Juno. Он изучает Юпитер и его галилеевых спутников уже почти десять лет. Несмотря на то, что приоритетной целью является Юпитер, космический аппарат несколько раз использовал возможность направить свои приборы на спутники газового гиганта.

В недавней статье в журнале Nature Astronomy представлены результаты некоторых наблюдений Европы, проведенных аппаратом Juno. Ведущим автором является Стив Левин, научный руководитель проекта Juno и соисследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА.

«Считается, что спутник Юпитера Европа содержит океан соленой воды под различно разрушенной ледяной оболочкой, и поэтому он является одним из наиболее приоритетных объектов астробиологии в Солнечной системе», — пишут авторы. «Оценки толщины ледяной оболочки варьируются от 3 км до более 30 км, а наблюдения космического аппарата «Галилео» показали обширные области разрушения льда (хаотический рельеф), что приводит к предположению о том, что ледяная оболочка может содержать подповерхностные трещины, разломы, поры или пузырьки».

Чтобы продвинуться в изучении этого вопроса, ученые исследовали Европу с помощью микроволнового радиометра (МВР) космического аппарата Juno. МВР имеет шесть различных антенн, каждая из которых отслеживает отдельную микроволновую частоту. Шесть антенн были выбраны потому, что они способны проникать сквозь плотную атмосферу Юпитера, что позволяет миссии измерять температуру газового гиганта на разных уровнях атмосферы и создавать профиль распределения по глубине. Аналогичным образом МВР может измерять температуру льда на разных уровнях ледяного покрова Европы.

С помощью прибора MWR были проведены измерения, позволяющие оценить толщину льда на Европе. Текущие оценки варьируются от 3 до 30 км, что является очень широким диапазоном.

Прибор MWR измерял температуру льда на глубине от нескольких метров до нескольких километров, при этом каждая частота измеряла разную глубину. Объединив эти данные, исследователи создали температурный профиль льда, который позволяет оценить его толщину. Эти измерения не только уточняют наше понимание толщины оболочки Европы, но и проливают свет на природу ее трещин и разломов, которые создают отражения при зондировании.

«Эти наблюдения за температурой льда в зависимости от глубины содержат свидетельства частотно-зависимого рассеяния во льду и позволяют определить толщину ледяной оболочки, а также размер и глубину источников наблюдаемых отражений», — поясняют авторы.

Соленость льда неизвестна, поэтому при моделировании результатов исследователи исходили из базового предположения, что лед представляет собой чистую воду.

«В идеализированном случае чистого водяного льда данные согласуются с существованием теплопроводящей ледяной оболочки толщиной 29 ± 10 км и с наличием трещин, пор или других рассеивателей, простирающихся на глубину сотен метров ниже поверхности, с характерным размером менее нескольких сантиметров в радиусе», — поясняют исследователи.

В зависимости от солености или наличия дополнительного теплого слоя, он может быть еще толще.

«Оценка в 29 километров относится к холодному, жесткому, проводящему внешнему слою ледяной оболочки из чистой воды», — заявил Левин. «Если существует также внутренний, немного более теплый конвективный слой, что возможно, то общая толщина ледяной оболочки будет еще больше. Если ледяная оболочка содержит небольшое количество растворенной соли, как предполагают некоторые модели, то наша оценка толщины оболочки уменьшится примерно на 5 километров».

Лед такой толщины представляет собой более непроницаемый химический барьер. Если же трещины или поры имеют радиус всего несколько сантиметров и простираются всего на несколько сотен метров вглубь льда, картина выглядит еще более безрадостной.

Эти результаты несколько охладили пыл поклонников теории обитаемости Европы. Другие исследования также показывают, что наблюдаемые выбросы, исходящие от Европы, могут происходить не из её океана. Вместо этого они могут исходить из скоплений воды, запертых в пустотах или трещинах льда. Таким образом, предполагаемая связь между океаном и поверхностью может быть лишь предварительной, а то и вовсе отсутствовать.

Обрекает ли отсутствие химического пути на обитаемость Европы? Не обязательно. Но этот путь может быть единственным способом для поверхностных химических веществ и питательных элементов достичь океана. Жизнь могла бы сохраниться, но ей пришлось бы в значительной степени полагаться на приливное нагревание и гидротермальные источники, а её первобытный океан должен был быть насыщен питательными веществами ещё на стадии формирования. Тем не менее, без активного обмена между поверхностью и океаном трудно представить, как жизнь могла бы выжить после того, как питательные вещества из океана были бы израсходованы.

Исследователи отмечают, что в их работе есть некоторые спорные моменты. Во-первых, их измерения не являются глобальными. «Мы отмечаем, что наши результаты ограничены наблюдаемой местностью, и дальнейшее картирование поверхности Европы с помощью радиометрии или радара может выявить регионы, где ледяная оболочка тоньше или толще, или содержит ненаблюдаемые изменения в реголите», — поясняют они.

Кроме того, их оценки толщины ледяной оболочки основаны на некоторых предположениях о чистоте льда. «Примеси во льду, такие как соли или другие вещества, увеличивают непрозрачность микроволнового излучения, потенциально уменьшая глубину зондирования по всем каналам и, следовательно, уменьшая разницу в глубине между каналами 0,6 ГГц и 1,2 ГГц, что оказывает примерно пропорциональное влияние на нашу оценку толщины ледяной оболочки», — поясняют авторы.

В любом случае, оценки толщины, полученные командой, ближе к верхней границе диапазона оценок, полученных в других исследованиях. Но более тревожный результат может касаться пор или трещин во льду.

«Из-за их низкой объемной доли, небольшой глубины по сравнению с глубиной океана и малого размера поры, пустоты или трещины, выявленные в результате наших исследований, вероятно, сами по себе не могли бы служить путем поступления питательных веществ в океан или обеспечивать связь между океаном и поверхностью», — пишут авторы.

«Толщина ледяной оболочки и наличие трещин или пор внутри неё — это часть сложной головоломки, необходимой для понимания потенциальной обитаемости Европы», — сказал соавтор исследования Скотт Болтон, главный исследователь проекта Juno из SwRI. «Они обеспечивают критически важный контекст для космических аппаратов NASA Europa Clipper и ESA (Европейское космическое агентство) Juice (исследователь спутников Юпитера ICy) — оба они направляются к Юпитеру».

Два космических аппарата предоставят ученым необходимые измерения для дальнейшего изучения ледяного спутника Европы. Europa Clipper оснащен радаром, способным проникать сквозь лед, который позволит измерить границу между океаном и льдом и более точно составить ее карту. Clipper совершит почти 50 близких пролетов мимо Европы и создаст почти глобальную карту ее льда. JUICE также оснащен радаром, проникающим сквозь лед, хотя он изучает несколько спутников и не нацелен исключительно на Европу. Он совершит лишь несколько пролетов мимо Европы.

Космический аппарат Europa Clipper прибудет первым, в 2030 году, а Juice — годом позже. Как только начнут поступать научные данные и публиковаться научные статьи, мы получим долгожданные ответы о Европе и ее заманчивой перспективе обитаемости.