В следующем десятилетии космические агентства расширят поиск внеземной жизни за пределами Марса, где в настоящее время сосредоточены все наши усилия в области астробиологии. Это включает в себя Юпитер ICy — исследователь луны (JUICE) и НАСА Европа Клипер, который неоднократно пролетит мимо Европы и Ганимеда, чтобы изучить их поверхности и внутренности. Есть также предложение НАСА Стрекоза Миссия, которая полетит к Титану и изучит его атмосферу, метановые озера и богатую органическую химию, происходящую на его поверхности. Но, пожалуй, самым привлекательным местом назначения является Энцелад и прекрасные шлейфы, исходящие из его южного полярного региона.
Поскольку Кассини Миссия смогла рассмотреть эти шлейфы крупным планом, учёным не терпится послать туда роботизированную миссию, чтобы взять их образцы – в которых, похоже, есть все ингредиенты для жизни. Это не так просто, как кажется, и нет никаких признаков того, что пролет через шлейфы позволит получить неповрежденные образцы. В недавней статье исследователи из Кентского университета исследовали, как скорость пролетающего мимо космического корабля (и возникающий в результате удара удар) может существенно повлиять на его способность отбирать пробы воды и льда внутри шлейфов.
Исследование провели профессор Марк Берчелл и доктор Пенни Вознякевич (заслуженный профессор и старший преподаватель космических наук) из Центра астрофизики и планетологии (CAPS), входящего в состав Школы физики и астрономии Университета Кент, Великобритания. Их работа может иметь важное значение для миссий к ледяным океанским мирам (IOW), телам во внешней части Солнечной системы, состоящим преимущественно из замороженной воды и летучих веществ, а внутри них есть океаны. Эти тела вызывают все больший интерес у ученых, поскольку вполне возможно, что некоторые из них могут поддерживать жизнь.
Термин «Океанские миры» стал обычным явлением в последние годы, поскольку число потенциальных кандидатов на исследование увеличилось. Поскольку Вояджер зонды прошли через систему в 1979 году, ученые предположили о возможности существования внутреннего океана внутри Европы, основываясь на особенностях ее поверхности. Сюда входили участки «молодой местности», расположенные рядом со старой, покрытой кратерами местностью, что свидетельствует о регулярном обмене между поверхностью и внутренними районами. Вояджер зонды заметили такую же молодую местность на Энцеладе, когда они пролетели мимо Сатурна в 1980 и 81 годах (соответственно).
Однако это был Кассини-Гюйгенс миссия, которая обнаружила водяной пар и органические молекулы, исходящие из южной полярной области Энцелада в 2004 году. В течение следующих тринадцати лет орбитальный аппарат Кассини провел еще несколько облетов Луны, получив дополнительные доказательства наличия внутреннего океана и источника энергии в ядре. — мантийная граница. Эти открытия поместили Энцелад в число «океанических миров», которые ученые хотят более внимательно изучить в ходе будущих миссий. Но в отличие от других IOW, Энцелад особенно привлекателен из-за характера шлейфов вокруг его южного полюса.
Хотя на Европе также наблюдается активность шлейфов, она носит более спорадический характер и ее трудно обнаружить. Из-за более высокой гравитации Европы (~ 13% против 1% земной) водяной пар и выбрасываемый материал не достигают так далеко в космосе. Как сообщил Берчелл Universe Today по электронной почте, сбор образцов из этих шлейфов кажется относительно простым, по крайней мере, теоретически. «Как и все IOW, здесь есть внутренний океан с большим количеством воды. Что находится в этой воде, является предметом многочисленных спекуляций и интересов», — сказал он. «А Энцелад выбрасывает шлейфы воды в космос, что значительно упрощает любую космическую миссию, которая хочет взять пробу воды — вы можете просто пролететь сквозь шлейф».
Однако на практике (как всегда) все становится немного сложнее. В зависимости от того, насколько быстро движется миссия, воздействие, которое она окажет на материал шлейфа, будет значительно различаться. Как объясняет Берчелл, это может поставить под угрозу те самые образцы, которые миссия пыталась получить:
«Проблема со сбором образцов на скорости заключается в том, что было проведено много испытаний с металлическими и минеральными снарядами, но о реакции органических веществ на удары на высокой скорости известно меньше. Связи в органике рвутся, но с какой скоростью? И какие облигации в первую очередь? Так что то, что вы получите для анализа, может быть не тем, что вышло с Энцелада. Но с какими предубеждениями? Какая степень изменения? Понимание этого необходимо для любого успешного сбора образцов».
По словам Берчелла, моделирование того, как скорость космического корабля повлияет на его способность собирать образцы, можно выполнить одним из двух способов. С одной стороны, существует подход компьютерного моделирования, при котором команды полагаются на современное программное обеспечение для моделирования воздействия и измерения результатов. Другой — «кинетический» подход, который заключается в стрельбе мелкими зернами по мишеням с нужной скоростью и последующем измерении силы удара. Берчелл и его команда предпочитают делать последнее. «В нашей лаборатории нам нравится стрелять по мишеням», — сказал он.
Их результаты ясно показали, что скорость сбора имеет решающее значение для сбора образцов. Однако они также обнаружили, что результаты варьируются от одного тела к другому. Сказал Берчелл:
«На орбите такого небольшого тела, как Энцелад, оно довольно низко. Но для более крупных IOW оно больше. И он просто попадает в режим, когда шок от ударного процесса в коллекции вызывает все более серьезные изменения в образцах. Если вы пролетите мимо IOW, не вращаясь вокруг него, вы снова станете быстрее, и образцы испытают больший шок. Это предполагает, что низкоскоростной орбитальный сбор лучше всего подходит для образцов без шока и минимальной обработки. Но это требует большего проектирования космических кораблей и ограничивает другие научные исследования, которыми вы могли бы заниматься. Это всегда компромисс».
За пределами Солнечной системы есть несколько тел, из недр которых выбрасывается вода и другие летучие вещества – явление, известное как криовулканизм. Эти тела значительно различаются по размеру и гравитационному притяжению: от микрогравитации (менее или чуть более 1%) Мимаса и Энцелада до примерно 13-15% Европы, Титана и Ганимеда. В результате эти результаты могут помочь в разработке многих миссий по сбору проб, предназначенных для ВОВ.
Дополнительная литература: Метеоритика и планетология
