Где в Солнечной системе есть жидкая вода и какие доказательства ее существования известны? Как эти океаны существуют в космическом холоде? Можно ли обнаружить внеземное море мгновенно, как обещали недавно американские ученые? Naked Science рассказывает об одном из самых перспективных направлений поиска внеземной жизни.
Под толщей льда некоторых спутников гигантских планет могут прятаться огромные океаны, например, у спутника Сатурна Энцелада и у спутника Юпитера Европы.
Мы полностью уверены в наличии подлёдных океанов на двух спутниках планет-гигантов: Энцеладе и Европе. Выбросы воды наблюдались неоднократно на Энцеладе, а Европу дважды удалось зафиксировать с помощью телескопа “Хаббл”. Владимир Сурдин, старший научный сотрудник ГАИШ и доцент МГУ, подчеркивает отсутствие сомнений в существовании океанов под льдом этих спутников.
На Европе и Энцеладе жидкая вода встречается с органическими веществами, что делает эти небесные тела одними из наиболее подходящих для внеземной жизни в Солнечной системе. Возможно, аналогичные условия существуют на других ледяных лунах, таких как Титан, богатый сложной органикой. Однако для определения наличия подледниковых морей на этих спутниках необходимы дополнительные данные.
В последнее время сотрудники ряда научно-исследовательских институтов Соединенных Штатов разработалиНовый метод поиска внеземных океанов позволит межпланетным зондам за 12 минут выполнить свою задачу. Исследователи первоначально планировали использовать его для исследования Тритона, спутника Нептуна, но он пригодится и для изучения лун Юпитера и Сатурна.
На лицо холодные, жидкие внутри
Вода — одно из самых распространенных веществ во Вселенной, и Солнечная система этому не противоречит. Многие спутники планет-гигантов в основном состоят из воды, но не жидкой, а замерзшей. Температура на поверхности, например, спутника Юпитера Ганимеда, не поднимается выше −110 градусов Цельсия. В системе Сатурна ещё холоднее. Планеты-гиганты слишком далеко от Солнца.
Существует еще один источник тепла, который способен растопить даже ледяную глыбу, правда, не сердце, а водную мантию. Этим «обогревателем» являются приливы.
Приливные силы возникают из-за того, что одно полушарие ледяной луны сильнее притягивается к планете или спутнику-соседу. Это происходит потому, что полушарие, обращенное к притягивающему объекту, немного ближе к нему. Разница в притяжении деформирует небесное тело, образуя приливный горб. Он похож на водяной горб на поверхности Мирового океана, вызванный притяжением Луны. Деформация приводит к трению, а где трение, там тепло.
Тепла едва хватает, чтобы вода не замерзла. По подсчётам планетных учёных, её температура несколько градусов ниже нуля. Однако растворённые в воде минеральные соли, возможно, и другие природные антифризы спасают положение.
Жизнь бьет фонтаном?
На спутнике Сатурна Энцеладе труднее всего усомниться в существовании жидкой воды. Над южным полюсом этого небесного тела регулярно появляются шлейфы огромных гейзеров. Жидкая вода, пробивающаяся на поверхность, не кипит из-за высокой температуры, а из-за низкого давления. Давление пара выбрасывает струю в космос, где она застывает крупицами льда. Почти все эти кристаллы выпадают обратно на Энцелад диковинным градом. Но некоторые льдинки остаются в космосе и пополняют кольцо Е Сатурна.
Фотографии активности Энцелада, впечатляющие своим качеством, сделал аппарат «Кассини», изучавший систему Сатурна с 2004 по 2017 год. Зонд не только снимал гейзеры с расстояния, но и проникал в самые шлейфы, определяя их состав.
Вода из гейзеров Энцелада содержит минеральные вещества, которые намекают на наличие под дном этого океана черных курильщиков — выходов подземных вод, богатых растворенными минералами. Такие места напоминают оазисы на дне наших океанов, где часто обитает жизнь.
«Кассини» обнаружил в атмосфере Энцелада не только минералы, но и сложное органическое вещество. молекулыМолекулы обладали массой свыше двухсот атомных единиц. Такая масса превосходит массу глюкозы и кофеина.
К сожалению, приборы «Кассини» не подходили для точного анализа органики и не были предназначены для поиска жизни. Никто не предполагал, что такая аппаратура понадобится орбитальному зонду. Возможно, выбросы Энцелада полны внеземных бактерий, но узнать об этом можно только после запуска нового зонда в царство гейзеров.
Учёные – большие скептики и всегда найдут повод сомневаться в заманчивых идеях. некоторым моделямЖидкие водоемы на поверхности Энцелада появляются не постоянно, а лишь временно с точки зрения геологической истории. В таком случае наличие там жизни маловероятно. считают подледный океан Энцелада вечным.
Жить в Европе
Кажется, гейзеры поднимаются и на спутнике Юпитера Европе. «Хаббл» неоднократно зафиксировал это. первая публикация вышла в 2014 году, втораяВ 2016 году появились публикации, а ещё спустя год были представлены итоги. новых наблюденийНекоторые сомневаются в результатах из-за того, что данные были получены на пределе возможностей телескопа.
Существуют иные доказательства. В 1997 году зонд «Галилео» приблизился к поверхности Европы на расстояние всего 200 километров. В это время магнитную аномалиюПодобные аномалии гейзерами создаются над поверхностью Энцелада, когда космическая радиация ионизирует изверженную субстанцию.
А в 2016 году телескоп Keck засекНад Европой наблюдается сильное выделение водяного пара. Замеры производились с использованием инфракрасной оптики, где пар проявляет отчетливую спектральную характеристику.
Под ледяным панцирем Европы скрывается океан, о чём говорит сам панцирь. Другие ледяные спутники изрыты метеоритными кратерами, а эта луна гладкая, как бильярдный шар. Возможно, силы НАТО подошли к обороне Европы настолько ответственно, что сбивают летящие к ней метеориты (ну перепутало командование, о какой Европе речь, с кем не бывает)? Но серьёзно, отсутствию кратеров может быть только одно объяснение: лед регулярно обновляется. некоторым моделямЛед на Европе перемещается подобно океанической коре на Земле: в местах «зон субдукции» лед погружается в мантию и тает, а «срединно-океанические хребты» выбрасывают на поверхность свежие массы льда.
В трещинах льдистого покрова «европейского» спутника обнаружена органическая составляющая. Вероятно, она проникла туда из подлёдного океана. Конечно, от органики до жизни расстояние может быть огромным, но верить в лучшее не стоит запрещено.
В 2030 году к Европе должен прибыть зонд NASA Europa Clipper. Через год к нему присоединится европейский аппарат JUICE, также направленный на изучение Европы, Ганимеда и Каллисто. Оба зонда будут орбитальными, без посадочных модулей. Но наблюдение с орбиты позволит хорошо изучить загадочную ледяную луну.
Титанические надежды
Спутник Сатурна Титан также может обладать водной мантией. измерилГравитационное поле Сатурна создает на Титане приливный горб высотой около десяти метров, что вдесятеро больше ожидаемого для полностью твердой луны. Из-за того, что Титан более чем наполовину состоит из водяного льда, можно предположить, что и его внутренняя жидкость — вода.
Титан представляет собой химический комбинат по производству органики. Атмосфера этого спутника, единственного с плотной атмосферой, примерно на два процента состоит из метана. На поверхности Титана текут моря и озера жидкого метана и этана. В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовые лучи создают сложную органику (вплоть до бензола и цианоацетилена), которая оседает на поверхность в виде сугробов органического снега. Если под ледяной поверхностью Титана есть океан, то это лучшее место для зарождения жизни.
Притяжение влаги
Существует ещё один способ обнаружить подлёдный океан. Солёная вода проводит электричество. Поэтому движение спутника в магнитном поле планеты вызывает в водной мантии электрический ток. Ток создаёт собственное магнитное поле спутника, которое можно измерить.
Магнитные измерительные данные свидетельствуют о наличии подледных океанов на Энцеладе и Европе. Кроме того, эти данные дают основания полагать, что подобные океаны могут присутствовать ещё у двух спутников Юпитера — Ганимеда и Каллисто.
Измерения проводятся с трудностями. Магнитное поле спутника значительно слабее фонового магнитного поля гиганта. Влияние на магнетизм луны оказывает и ее разреженная атмосфера, а точнее ионосфера. Заряженные частицы в ионосфере движутся током, создавая свое магнитное поле. К этому добавляются приборный шум, кратковременность измерений, ограниченность траектории зонда и другие трудности.
На острие трезубца
Группа учёных из Соединённых Штатов Америки решила бороться с этими трудностями. Исследователи выбрали самую сложную задачу: поиск подлёдного океана на спутнике Нептуна Тритон в ходе миссии. Trident («Трезубец»).
Остается «Вояджер-2» единственным аппаратом, посетившим систему Нептуна. В 1989 году во время встречи с Тритоном он запечатлел объекты, напоминающие действующие гейзеры. Однако краткий пролет зонда предоставил недостаточно данных для уверенных выводов о подлёдном океане.
Миссия «Трайдент» предназначалась для изучения Тритона. Предполагалось, что она будет пролетной из-за недостаточного знания о системе Нептуна для выведения зондов на устойчивую орбиту. Аппарат получил всего 12 минут на измерение магнитного поля спутника.
Авторы нового исследования утверждают, что этого достаточно. Авторы смоделировали 13 тысяч вариантов магнитного поля, которое могло быть создано океаном, ионосферой или обоими. Сопоставив данные наблюдений с этими моделями, можно выбрать наиболее подходящую. Процедура выбора подразумевает непростые расчеты.
Хотя проект «Трайдент» не был осуществлён, концепция всё же прошла в финал конкурса Discovery в феврале 2020 года. вместе с тремя другимиХотя Боливар смог бы выделить средства на два проекта, четыре уже оказались слишком много для него. В июне 2021 года миссии Тrident и к спутнику Юпитера Ио были отложены, а счастливые билеты… вытянулиКосмические аппараты DAVINCI+ и VERITAS предназначены для изучения Веныр.
Экспертов можно понять: полет к Венере занимает около полугода, а аппарат может изучать ее долгие годы. В сравнении с Марсом она малоизучена, что гарантирует множество новых открытий. Это гораздо привлекательнее, чем 13 лет полета ради нескольких минут сближения со спутником Нептуна.
Человечество лишилось возможности изучить «гейзерный» район Тритона, открытый «Вояджером-2». Солнце освещает этот спутник в соответствии с годовым циклом Нептуна, который длится 165 земных лет. В случае если аппарат («Трайдент» или любой другой) не достигнет Тритона до 2040 года, район гейзерной активности. уйдет в тень на следующие сто лет.
Окно запусков к Нептуну открывается редко и требует точного положения Юпитера. Следующие возможности — октябрь 2025 года и октябрь 2026 года. Если человечество их проигнорирует, следующее окно появится лишь в 2039 году. Полет к Нептуну займет ещё 13 лет, поэтому добраться туда к 2040 году невозможно.
Авторы утверждают, что разработанный метод поиска океанов применим к любой ледяной луне. Поближе к Нептуну таких достаточно. В ближайшие десятилетия внимание будет приковано к системе Юпитера (проекты Europa Clipper и JUICE). Потом может подойти очередь Сатурна: в 2027 году запланирован запуск миссии Dragonfly, которая должна летать в атмосфере Титана. Обсуждаются проекты полетов и к Урану. Формы рельефа на всех пяти крупных лунах этой планеты (Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон) позволяют заподозрить периодическое обновление льда.