Ученые уже обнаружили на Европе все параметры для развития жизни: воду, кислород и другие элементы, такие как углерод и сера. Кислород образуется в результате реакций между заряженными частицами солнечных лучей и молекулами воды на поверхности Европы: связи разрываются, водород улетучивается в космос, а более тяжелый кислород остается на поверхности. Единственной проблемой является окружающий этот спутник корка льда толщиной от 15 до 25 километров, которая служит непроходимым барьером между жидким океаном внизу и кислородом, поглощаемым на поверхности.
Как могла возникнуть жизнь в глубинах океана, если кислород не может туда попасть? Марк Хессе, профессор кафедры геологических наук Техасского университета в Остине и соавтор нового исследования, предполагает, что кислород может переноситься в океан соленой водой. Действительно, некоторые участки коры водяного льда частично растапливаются океаническими конвекционными течениями. Эти рассольные бассейны приводят к образованию «хаотических рельефов», которые способствуют переносу соленой воды в океан.
Исследование 2011 года, опубликованное в журнале Nature, уже предполагало наличие этих хаотических участков, которые формируются поверх обширных карманов жидкой воды внутри ледяного панциря, расположенного всего в трех километрах под поверхностью. Эти хаотические рельефы являются источником полос, хребтов и трещин, которые проходят по поверхности Европы и покрывают около 25% ее поверхности.
В новом исследовании ученые используют компьютерное моделирование, чтобы показать, как богатый кислородом рассол может развиваться в этих нетипичных местностях. Этот вид исследований имеет непосредственное отношение к миссии НАСА Europa Clipper, которая планирует отправить зонд для детального изучения этого спутника Юпитера в октябре 2024 года в надежде найти там жизнь; ученые пытаются рассмотреть все аспекты Европы, чтобы наилучшим образом подготовиться к будущей миссии.
Модель, разработанная исследователями, показывает, что рассол течет особым образом, в виде «пористой волны», которая постепенно движется через лед; поры льда на мгновение расширяются, позволяя рассолу пройти через них, а затем снова закрываются. Считается, что этот процесс занимает несколько тысяч лет. Около 86% кислорода, поглощенного на поверхности, может быть перенесено таким образом в океан Европы. «Наше исследование делает этот процесс возможным«, — сказал Гессе.
Имеющиеся данные позволяют предположить, что в океан Европы в течение его истории таким образом мог поступать широкий диапазон уровней кислорода. По самым оптимистичным оценкам, уровень кислорода в этом океане может быть таким же, как в земных океанах! «Основываясь на распределении хаотических рельефов и возрасте поверхности Европы, мы оцениваем, что дренаж рассола может доставлять O2 в океан со скоростью от 2,0 × 106 до 1,3 × 1010 моль/год«, — пишут исследователи в своей публикации. Это только укрепляет надежду найти жизнь в этом подземном океане. «Заманчиво думать, что аэробные организмы живут прямо подо льдом«, — сказал Стивен Вэнс, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА и соавтор исследования.
Океан, поддерживаемый в жидком состоянии приливными силами
На Европу, как и на другие спутники Юпитера, действуют сильные приливные силы. Орбита спутника эллиптическая, что изменяет расстояние до Юпитера. По мере приближения к Юпитеру гравитационное притяжение увеличивается, что приводит к удлинению формы спутника; по мере удаления от планеты гравитационное притяжение уменьшается, в результате чего Европа принимает более сферическую форму, что создает приливы и отливы в ее океане.
Ученые еще не до конца поняли связь между хаотичным рельефом Европы и переносом кислорода, но они считают, что конвективные течения в океане, вызванные приливными силами, генерируют тепло, которое частично растапливает лед. «Предыдущие исследования показывают, что приливной нагрев повышает температуру апвеллинга в конвективной части ледяной оболочки Европы до температуры плавления чистого льда«, — пишут авторы. Присутствие хлорида натрия во льду еще больше способствует таянию. Если лед под рассолом достаточно растоплен, то теоретически рассол может вытекать в океан.
Таким образом, у Европы, похоже, есть все необходимые ингредиенты для жизни: вода, кислород (и другие химические элементы) и энергия. Одной из целей миссии Europa Clipper является улучшение оценок уровня кислорода и наличия других молекул, необходимых для жизни. Для этого зонд будет нести не менее десяти научных инструментов, включая MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa (MASPEX), предназначенный для сбора, идентификации и количественной оценки спектра газов, образующихся на этом спутнике.