Содержание
На Европе жить довольно кисло
На спутнике Юпитера Европе, который считался главным кандидатом на обнаружение внеземной жизни, в привычных нам формах жизнь, по-видимому, невозможна.
Четыре крупнейших спутника Юпитера были открыты Галилеем в 1610 году. В эту «галилееву семью» входят Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Иллюстрации НАСА.
Поверхность льда на Европе испещрена поперечно-полосатыми трещинами и полосами.
‹
›
Открыть в полном размере
Для возникновения жизни на основе углерода необходимы как минимум кислород и вода. Это убеждение привело учёных к идее поиска живых организмов на планетах Солнечной системы, а также на спутниках этих планет, в атмосфере которых или хотя бы в почве присутствует вода. Таких планет и спутников всего четыре — Земля, Марс, спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа. Последнее небесное тело привлекло особое внимание космобиологов — вся поверхность спутника покрыта слоем водного льда толщиной около 20 километров, под которым находится океан глубиной до 160 километров.
Кроме того, в океане Европы могло оказаться достаточное для жизнедеятельности внеземных организмов количество кислорода. Именно в этом океане исследователи и надеялись обнаружить признаки «углеродной» жизни.
Однако последние данные, опубликованные в одном из недавних номеров журнала «Astrobiology», свидетельствуют, скорее всего, о невозможности такой формы жизни на Европе. Мэтью Пасек с сотрудниками из Университета Южной Флориды на основании анализа данных о составе поверхностного слоя Европы и скорости диффузии кислорода в подлёдный океан сделали вывод, что в нём слишком велика концентрация серной кислоты и океан непригоден для жизни.
Серная кислота в океане Европы образуется в результате окисления кислородом минералов ядра спутника, содержащих серу. Прежде всего — сульфидов металлов. Согласно расчётам авторов статьи, показатель кислотности рН воды подлёдного океана составляет 2,6 единицы — это на порядок больше, чем в сухом красном вине. Углеродная жизнь в таких средах, по мнению астробиологов, крайне маловероятна или вовсе невозможна.
В доказательство они приводят прецедентное решение американского суда по иску некоего Рональда Белла к компании «Пепси-кола», который якобы обнаружил в банке с газировкой «Маунтин Дью» этой компании дохлую, но целую мышь. Эксперты компании экспериментально и убедительно доказали, что в водном растворе газировки с её рН= 3,43 (а это почти на порядок менее «кисло», чем в океане Европы) мышь должна была бы превратиться в желеобразную субстанцию (этот результат выглядит довольно сомнительным. — Прим. авт.).
Впрочем, биологам известны примеры существования микроорганизмов на Земле и в гораздо более суровых условиях (о достаточно крупных существах речь вообще не идёт). В связи с этим Мэтью Пасек цитирует данные анализа воды реки Рио-Тинто в Испании, которая имеет глубокий красный цвет и рН от 1 до 5 из-за стока в реку дренажных вод, образующихся при добыче железной руды. И там живут микроорганизмы, использующие для своего метаболизма железо и серу.
Мэтью Пасек отвергает возможность существования на Европе минералов щелочного характера, которые могли бы нейтрализовать кислоту в океане этого спутника.
Он уверен, что такие минералы, как, например, карбонат кальция, должны были бы уже давно прореагировать с кислотой. В то же время он признаёт, что, если бы на Европе появились достаточно крупные живые организмы, кости этих существ могли бы содержать фосфат железа. На Земле эта соль представлена красивыми зелёными кристаллами минерала вивианита. Может быть, мы ещё встретимся с зеленоватыми подводными европейцами.
Источник: Pasek M., Greenberg R. Acidification of Europa`s Subsurface Ocean as a Consequence of Oxidant Delivery // Astrobiology, 2012, February, Vol. 12, No. 2, pp. 151—159.
На спутнике Юпитера Европе вулканы могут согревать жизнь
На спутнике Юпитера Европе могут существовать действующие вулканы. Скрываться они могут на дне океана и даже способны поддерживать жизнь, считают ученые.
Европа – знаменитый ледяной спутник Юпитера, возможно, относится телам Солнечной системы, где есть действующие вулканы. Правда, находятся они, скорее всего, на каменном дне его глубокого океана, покрытого ледяной коркой, считают американские ученые.
У астрономов давно есть подкрепленная доказательствами уверенность в том, что под ледяной коркой Европы плещется водяной океан. В работе, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters, авторы показали, что в недрах спутника достаточно тепла, чтобы сохранять часть твердого ядра в расплавленном состоянии, и поддерживать на дне океана тем самым вулканическую деятельность. Сделать это удалось благодаря самому точному трехмерному моделированию того, как в недрах этой луны генерируется и переносится тепло.
Главный механизм образования этого тепла – приливное взаимодействие Европы с самим Юпитером, явление, встречающееся и на других телах Солнечной системы. Например, на Ио – другом спутнике Юпитера, известном своей бурной вулканической деятельностью. По мере вращения вокруг Юпитера Европа, в первую очередь ее каменное ядро, постоянно испытывает сжатия и растяжения, что приводит к выделению тепла подобно тому, как нагревается металлическая проволока, если ее быстро сгибать-разгибать.
В своем исследовании ученые досконально смоделировали процессы тепловыделения в ядре спутника, рассеивания этой энергии и плавления каменного ядра, приводящего к вулканизму. В течение десятилетий вопрос наличия вулканизма в недрах Европы обсуждался учеными. Это отличает ее от Ио, где вулканизм на поверхности давно известен и сомнений не вызывает – сотни действующих вулканов, подпитываемых приливным воздействием со стороны Юпитера извергают лаву и газы на высоту до 400 километров.
Однако Европа находится дальше от Юпитера, приливное воздействие на нее слабее, и астрономы не были уверены, хватает ли его для разогрева ее недр. Ученые под руководством Мари Бехунковой из Карлова университета в Чехии подсчитали, что максимальная вулканическая активность должна наблюдаться в районе полюсов Европы – на широтах, где происходит максимальное приливное тепловыделение. Также они смоделировали изменение вулканической активности на спутнике со временем в ходе его эволюции.
Интерес к подводному вулканизму на Европе связан с тем, что на Земле эти процессы протекают весьма своеобразно и могут влиять на биологическое разнообразие.
Когда на Земле морская вода вступает в контакт с разливами раскаленной лавы, происходит выброс химической энергии. Именно энергия извержения, а не солнечный свет, при этом помогает поддержанию жизни на больших глубинах. Поэтому на Европе подводный вулканизм может оказаться главным источником энергии, поддерживающем простейшие формы жизни, если они там присутствуют.
«Наши открытия добавляют аргументов в пользу того, что подледный океан Европы может оказаться средой, пригодной для возникновения жизни, — считает Бехункова. – Европа – одно из редких планетных тел, способных поддерживать вулканическую активность миллиарды лет, и возможно – единственное за пределами Земли, имеющее большие запасы воды и долгоживущий источник энергии».
Океан, плещущийся под поверхностью Европы, в настоящее время рассматривается многими учеными, как наиболее подходящий кандидат для поисков внеземной жизни внутри Солнечной системы. Однако лед, скрывающий океан от любопытных глаз, мешает детальному исследованию его состава.
Поэтому спутник был выбран в качестве цели миссии NASA Europa Clipper, которая должна достичь ее в 2030 году. Планируется, что аппарат совершит несколько десятков близких пролетов над спутником, чтобы исследовать его внутреннее строение и состав. Эти данные вкупе с исследованием химсостава тонкой атмосферы помогут понять, как происходит обмен веществом между океаном и поверхностью, есть ли следу вулканической деятельности в полярных областях, и подтвердить высказанную гипотезу.
close
100%
Ранее ученые показали, что на поверхности Европы присутствует хорошо знакомый землянам минерал — поваренная соль (хлорид натрия, NaCl). А поскольку внешняя оболочка спутника представляет собой не что иное, как замерзший океан, то из этого ученые сделали вывод, что в его составе в большом количестве находится соль, что делает эту среду еще более пригодной для теоретического обнаружения в ней жизни.
Чтобы сделать такое открытие, ученым не пришлось лететь на спутник, чтобы попробовать его на вкус – для этого оказалось достаточно проанализировать свет, отраженный его поверхностью.
Европа, возможный водянистый спутник Юпитера
Зачем мы изучаем Европу
Европа — шестой по величине спутник в Солнечной системе и четвертый по величине спутник Юпитера. Несмотря на потрескавшийся и обесцвеченный вид, это самый гладкий твердый объект в Солнечной системе; его самые высокие вершины, которых немного, достигают высоты всего в несколько сотен метров, а большие кратеры встречаются редко. Полосы и пятна, которые проходят по местности, вероятно, в основном возникают из-за относительно неглубоких трещин и различного состава земли, а не из-за огромных каньонов, присутствующих в некоторых других мирах.
Эта гладкость означает, что поверхность Луны довольно молода, вероятно, ей десятки миллионов лет, а не миллиарды, как некоторым другим объектам. Каким-то образом лед обновляется и разглаживается быстрее, чем во многих других мирах. На вопрос, почему это происходит, пока нет окончательного ответа, но, вероятно, это как-то связано с тем, что находится под поверхностью Европы.
Этот холодный спутник Юпитера скрывает дразнящий секрет: вероятно, море содержит в два раза больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые. В то время как ледяная оболочка тверда, как скала, внутренняя часть теплее, нагреваясь из-за изгиба его железного ядра и каменной мантии. Ближайшая к Юпитеру сторона Европы испытывает более сильное притяжение, чем дальняя сторона, растягивая всю луну и, вероятно, вызывая длинные трещины, пробегающие по ее поверхности, а также нагревая внутреннюю часть.
Доказательства того, что под поверхностью Европы есть какая-то вода или слякоть, достаточно убедительны, они основаны на моделях того, как погребенный океан повлияет на лед над ним. Измерения магнитного поля Луны также намекнули на то, что под ее поверхностью течет какая-то электропроводящая жидкость, например, соленая вода. Есть даже изображения с космического телескопа Хаббла, на которых видны огромные шлейфы водяного пара, извергающиеся с южного полюса Европы, хотя они недостаточно высокого разрешения, чтобы быть окончательными.
Если жидкий океан действительно существует, это может сделать Европу особенно многообещающим местом для поиска жизни, потому что жидкая вода имеет решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Но об этой огромной луне остается много загадок, от толщины ледяной оболочки до деталей того, что происходит под ней.
Факты о Европе
Средняя температура поверхности: -160 градусов по Цельсию (-260 градусов по Фаренгейту)
Среднее расстояние от Солнца: 5,2 а.е.
Diameter: 1,940 miles (3,100 kilometers), slightly smaller than Earth’s moon
Volume: 15.9 billion cubic kilometers (3.8 billion cubic miles)
Gravity: 1.315 m/s 2
Solar день: 3,5 земных дня
Солнечный год: около 12 земных лет
Атмосфера: Чрезвычайно разреженная, в основном кислородная
Миссии на Европу
Из-за этого его и три других крупнейших спутника Юпитера — Ио, Ганимед и Каллисто — называют галилеевыми спутниками.
Первые намеки на наличие воды под поверхностью Луны появились только в 369 г.лет спустя, когда два зонда «Вояджер» пролетели через систему Юпитера, предоставив первые подробные изображения Европы.
После этого короткого пролета Европа оставалась в покое до 1995 года, когда космический корабль Галилео стал первым зондом на орбите Юпитера. Он оставался на орбите восемь лет, собирая самые подробные данные о Европе, которые у нас есть. В конце своей миссии у Галилео не хватило топлива, чтобы полностью покинуть систему Юпитера, но исследователи не хотели оставлять его там из-за опасений, что он может в конечном итоге врезаться в Европу, загрязняя ее и заставляя искать потенциальную жизнь. там сложно. Вместо этого они отправили космический корабль на гибель, погрузив его в Юпитер.
В 2016 году «Галилео» был заменен кораблем «Юнона», который до сих пор находится на орбите Юпитера. В сентябре 2022 года «Юнона» подлетела к Европе ближе, чем любой космический корабль со времен «Галилея», максимально приблизившись на высоту всего 219 миль (352 километра) над поверхностью.
В ближайшие несколько лет планируется запустить еще две миссии: Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства в 2022 году и Europa Clipper НАСА в 2024 году. совершить 45 облетов Европы, может быть, даже пролетев сквозь ее шлейфы. Это, несомненно, принесет множество открытий об этой странной луне.
НАСА также изучает возможность отправки посадочного модуля на Европу для изучения ее недр, но в 2021 году миссия не получила никакого финансирования, поэтому пока она остается только концепцией.
Океаническая луна Юпитера Европа готова к крупному плану
Последняя неделя сентября была для Юпитера большим событием. 26 сентября планета совершила самое близкое с 1963 года сближение с Землей, порадовав наблюдателей за небом по всему миру. Затем, 29 сентября, зонд НАСА «Юнона» пролетел мимо ледяной луны Юпитера Европы, что стало самым близким сближением с этим естественным спутником среди всех зондов с 2000 года.0005
Пролет дал удивительно подробные изображения морозной поверхности четвертого по величине спутника Юпитера.
И в дополнение к изображениям, Юнона собрала массу данных, которые ученые будут изучать в ближайшие месяцы, чтобы найти признаки водянистых шлейфов, которые могут периодически извергаться из огромного соленого океана, скрытого под земной корой. Но во многих отношениях этот пролет был просто тизером для предстоящих миссий — особенно Europa Clipper, запуск которой запланирован на 2024 год для серии крупных орбитальных столкновений с ледяной луной в поисках признаков обитаемости и, возможно, даже самой жизни. .
Столкновение зонда «Юнона» с Европой было быстрым и кратким: космический корабль пролетел мимо Европы со скоростью 23 километра в секунду, все время быстро вращаясь, поэтому ему нужно было точно рассчитать время для своих фотографий во время прохождения. Полученные изображения — всего их четыре — предлагают подробный портрет беспорядочной, хаотичной поверхности далекого мира, которая испещрена зубчатыми трещинами и испещрена кратероподобными естественными впадинами — оба, вероятно, являются результатом явно неземной геологической активности Луны.
Этот пролет особенно захватывающий, потому что Юнона никогда не предназначалась для изучения Европы, не говоря уже о том, чтобы приближаться к ней так близко; зонд был разработан для исследования самого Юпитера. Juno был запущен в 2011 году и с 2016 года крутится вокруг Юпитера, собирая данные об облаках планеты, погоде, свойствах атмосферы и общем составе — в значительной степени для того, чтобы лучше понять, как образовался газовый гигант. После нескольких лет сосредоточения исследований космического корабля почти исключительно на Юпитере, представители НАСА дали Юноне новую жизнь, продлив миссию по изучению некоторых спутников планеты. «В прошлом году мы пролетели мимо Ганимеда, — говорит Скотт Болтон, главный исследователь миссии «Юнона». В сентябре прошлого года «мы летели на Европе. В следующем году поедем на Ио.
У Юпитера в общей сложности 80 известных спутников, но обширный океан Европы, который считается более объемным, чем земной, делает Луну одним из самых интересных объектов для исследований во всей Солнечной системе.
Это увлечение, говорит Болтон, исходит из точки зрения, которая «немного эгоистична».
«Океаны здесь важны, — говорит он. «Так что, если мы их найдем, может быть, они всегда важны для жизни». Конечно, может оказаться, что жизнь может возникнуть без океана или даже без единой капли воды. Но если мы нашли потенциальный жидкий океан всего в паре планет от нас, это, безусловно, кажется хорошим местом для начала поисков, предполагает Болтон.
«Европа — один из самых многообещающих миров в наших поисках обитаемости и жизни», — говорит Лукас Паганини, научный сотрудник миссии «Юнона». «Поэтому эти миссии и их подробные исследования являются ключом к сокращению разрыва между Европой, которая является просто многообещающим пригодным для жизни миром, и наличием данных, необходимых для подтверждения ее обитаемости».
Один из четырех необработанных снимков поверхности Европы, сделанных зондом Юнона. Луна кажется равномерно бледно-оранжевой, потому что цветовой баланс камеры оптимизирован для Юпитера.
Авторы и права: НАСА/SwRI/MSSS
Тем не менее, несмотря на энтузиазм вокруг Европы, было всего несколько облетов ледяной луны. Чтобы добраться до темных холодных глубин внешней Солнечной системы, требуются годы, и они представляют собой сложную среду для любого космического корабля, но тем, кто отваживается приблизиться к Европе, также приходится бороться с поясом жесткой радиации, окутывающей Луну, создаваемой заряженными частицами, попавшими в ловушку. в мощном гравитационном поле Юпитера. Помимо «Юноны», которая пролетела мимо Европы на расстоянии 352 км, единственным другим зондом, приблизившимся к Луне, был «Галилео» НАСА — и это было более двух десятилетий назад. В 2000 году Галилео пролетал в пределах 351 км от Европы, а до этого пролетал на рекордных 200 км за 19 лет.97.
Поскольку эти облеты были очень редкими, доступные данные о Европе скудны. Астрономы могут и регулярно наблюдают за Луной на расстоянии, но близкое и личное наблюдение имеет неоспоримые преимущества.
Например, именно пролеты Галилео предоставили наилучшее доступное свидетельство того, что на Европе есть глобальный жидкий океан. Зонд обнаружил, что Луна искажает окружающее Юпитер магнитное поле явным образом, что указывает на некую электропроводящую жидкость, скрывающуюся под поверхностью. «Наиболее вероятным материалом для создания этой магнитной подписи, — говорит Паганини, — является глобальный океан соленой воды».
Может ли полет Юноны над Европой привести к таким же революционным открытиям о спутнике Юпитера? Пока еще слишком рано говорить; данные все еще анализируются. У «Юноны» девять различных исследовательских инструментов, и когда космический корабль пролетал мимо Европы, они собирали данные о магнитном поле Луны, гравитационном поле и почти несуществующей «атмосфере» из разбавленного газа.
Juno также оснащен инструментом, называемым «микроволновым радиометром». «Мы буквально изобрели его для Juno, — говорит Болтон. «Он предназначен для того, чтобы иметь возможность видеть под вершинами облаков Юпитера и в глубокие слои атмосферы, но когда вы наводите его на ледяное тело, он видит лед на разной глубине».
Если только лед не будет чрезвычайно «чистым и чистым», говорит Болтон, Этот инструмент, вероятно, не может заглянуть достаточно глубоко, чтобы обнаружить глобальный океан, но он должен быть в состоянии обнаружить карманы с жидкой водой ближе к поверхности. Кроме того, информация о структуре ледяного панциря Европы полезна сама по себе. Болтон предполагает, что анализ новых данных Juno может занять недели или месяцы, а также даст более точные ограничения на радиационную среду Луны и орбитальную траекторию.
Когда будут получены результаты, пролет Юноны над Европой должен помочь ученым подготовиться к будущим миссиям, которые будут сосредоточены на ледяных лунах, а не на планетах. Одной из таких миссий является Jupiter Icy Moons Explorer Европейского космического агентства, или JUICE. Его планируется запустить в 2023 году и достичь Юпитера в 2031 году. Оказавшись там, JUICE будет изучать три спутника: Европу, Ганимед и Каллисто. За ним последует еще более ориентированная на Европу миссия: NASA Europa Clipper, запуск которого запланирован на 2024 год, а прибытие к месту назначения — в 2030 году — быстрее, чем JUICE, благодаря мощной ракете и более прямой траектории.
Как только он достигнет Луны, Europa Clipper выполнит не менее 49близкие пролеты — некоторые пролетают в пределах 50 км от поверхности.
Естественно, многие члены команды Europa Clipper были взволнованы, увидев первые фотографии Европы крупным планом за 22 года. «Я быстро схватила изображения и начала играть с ними, пытаясь выяснить, где они находятся на поверхности», — говорит Синтия Филлипс, научный сотрудник миссии Europa Clipper. «И я схватил свой глобус с Европой, который, к счастью, был со мной, чтобы начать определять особенности поверхности на основе этого».
Филлипса особенно впечатлили изображения Европы, на которых есть граница дня и ночи, или «терминатор», потому что более длинные тени на них облегчают различение топографических особенностей. «Там есть гребни, есть впадины, есть ямы — знаете, там происходит все, что угодно», — говорит она. По словам Филлипса, любые изменения в этих особенностях по сравнению с предыдущими пролетами Галилея укажут на продолжающуюся тектоническую активность на поверхности Европы, помогая пролить свет на природу и эволюцию геологии Луны с течением времени.
Филлипс сравнивает новые изображения Европы со встречей со старым другом. «У них новая прическа. Они на пару лет старше. Но они все те же», — говорит она.
Тени вдоль терминатора, или границы дня и ночи, помогают выявить некоторые отличительные черты поверхности Европы, такие как трещины и ямы, и указывают на то, что Луна геологически активна. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/AndreaLuck (CC BY 3.0)
Однако эти новые изображения не просто очаровательны для команды Europa Clipper. Они также предлагают ощутимые преимущества, поскольку команда планирует свою предстоящую миссию.
Первым очевидным преимуществом является обновленная карта спутника Юпитера. «Мы объединим эти новые данные с данными «Галилео» и «Вояджера» и создадим новую глобальную базовую карту Европы», — говорит Альфред Макьюэн, заместитель главного исследователя системы визуализации Europa Clipper. «Это то, что мы будем использовать для нацеливания изображений [Europa Clipper] на начальном этапе, но мы быстро получим гораздо более качественные данные от самого Clipper.
Но на раннем этапе, да, [изображения Юноны] будут иметь значение».
В зависимости от того, что находится на этих изображениях, данные Juno могут также помочь команде Europa Clipper найти примечательные области, на которых следует сосредоточиться во время облетов. В качестве ключевого примера: «Я думаю, что все действительно будут смотреть на эти фотографии в поисках перьев», — говорит Филлипс. Струя воды с Европы, которая была предварительно обнаружена в архивных данных Galileo, а также в ходе телескопических наблюдений, может предложить кратчайший путь к водным недрам Луны, который могли бы использовать будущие космические корабли. Постулируется, что такие шлейфы возникают циклически, вероятно, в результате периодического гравитационного сжатия Юпитера, когда Луна вращается вокруг планеты.
Если, несмотря на значительные шансы, изображения Юноны или другие данные обнаруживают следы шлейфа где-то на Европе, Europa Clipper может изучить эту область и, если позволяют время и местоположение, даже пролететь через гейзероподобное извержение, чтобы собрать образцы Вода Европы.