С 1979 года, когда зонды «Вояджер» пролетели мимо Юпитера и его системы спутников, ученые размышляли о возможности жизни на Европе. На основе планетарного моделирования считается, что Европа состоит из каменистого и металлического ядра, ледяной коры и мантии и теплого водного океана глубиной до 100 км (62 миль). Ученые предполагают, что этот океан поддерживается за счет приливных изгибов, когда взаимодействие с мощным гравитационным полем Юпитера приводит к геологической активности в ядре Европы и гидротермальным жерлам на границе ядра и мантии.
Исследование потенциальной обитаемости Европы является основной целью миссии НАСА Europa Clipper, которая стартует 10 октября 2024 года и прибудет вокруг Юпитера в апреле 2030 года. Однако это представляет собой проблему для астробиологов, поскольку обитаемость Европы зависит от многих факторов. взаимосвязанные параметры, требующие совместного исследования. В недавней статье группа исследователей под руководством НАСА рассмотрела цели миссии Europa Clipper и предсказала, что она может раскрыть относительно внутреннего строения, состава и геологии Луны.
В состав команды вошли исследователи из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (JHUAPL), Центра Beyond в Университете штата Аризона, Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), Honeybee Robotics, Юго-западного исследовательского института (SwRI), Института планетарных наук ( PSI), Лаборатория Луны и Планет (LPL), Центр космических полетов имени Годдарда НАСА (GSFC) и Лаборатория реактивного движения (JPL), а также несколько университетов. Их статья «Исследование обитаемости Европы с помощью Europa Clipper» недавно появилась в журнале. Обзоры космической науки.
Что такое «обитаемость»?
Когда дело доходит до поиска жизни за пределами Земли (так называемой астробиологии), все усилия человечества в настоящее время сосредоточены на Марсе. Ситуация изменится в ближайшие годы, поскольку миссии, предназначенные для внешней части Солнечной системы, проведут детальные исследования «океанских миров» — ледяных тел с внутренними океанами. Сюда входят Европа, Ганимед, Титан, Энцелад, Тритон и, возможно, Плутон и Харон. Европа Клипер будет первой из этих миссий, за которой последует миссия ЕКА. Юпитер ICy, исследователь лун (JUICE) в 2031 году. Следующие четыре года он проведет на орбите Юпитера и вблизи Европы, изучая ее поверхность и внутреннюю часть с помощью своего современного набора инструментов. Как резюмировала исследовательская группа Европы в своем отчете за 2012 год:
«Спутник Юпитера Европа сегодня является одним из наиболее многообещающих кандидатов на место жизни среди океанских миров Солнечной системы. В своем исследовании обитаемости Европы миссия Europa Clipper стремится понять происхождение воды, основных химических элементов и соединений, а также энергии, а также то, как они могут объединиться, чтобы сделать среду этой луны пригодной для поддержания жизни».
Как указала в своем исследовании команда под руководством НАСА, цель Европа Клипер Миссия состоит не в обнаружении самой жизни, а в оценке способности Европы поддерживать жизнь в том виде, в котором мы ее знаем. Это будет состоять из подтверждения (или опровержения) существования внутреннего океана Европы и определения того, обладает ли он необходимыми химическими и энергетическими источниками для процветания жизни. Однако одной из главных проблем в исследовании обитаемости Луны является природа самой концепции. Тем не менее, соответствующие параметры включают благоприятную температуру, давление, pH, соленость и присутствие растворителя (например, воды).
Стивен Д. Вэнс, заместитель руководителя отдела планетарных интерьеров и группы геофизики Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), также был ведущим автором статьи. Как он объяснил Universe Today по электронной почте:
«Обитаемость — это потенциал поддержания жизни, но не обязательно наличие жизни. Некоторые среды более пригодны для жизни, чем другие. Например, пышный тропический лес обеспечивает много воды, благоприятные условия и питательные вещества для жизни. Напротив, в регионах пустыни Атакама есть необходимые ингредиенты для жизни — вода, материалы (состав) и энергия — но вряд ли можно поддерживать какую-либо жизнь, поскольку условия здесь холодные, сухие и в других отношениях негостеприимные. Понимание обитаемости среды необходимо для интерпретации любого возможного обнаружения жизни».
Установление ограничений
Например, ученые уже давно предполагают, что жизнь внутри Европы может напоминать виды жизни, наблюдаемые вокруг гидротермальных источников в океанах Земли. Сюда входят экстремофилы — организмы, которые могут процветать в экстремальных условиях и не зависят от солнечного света в качестве источника энергии. Примеры включают барофилов, которые могут существовать под экстремальным давлением, и термофилов, которые живут в сильной жаре. Эти организмы устанавливают верхние пределы условий, при которых жизнь может выжить, и ограничивают возможность жизни на Европе. Сказал Вэнс:
«Миссия Europa Clipper объединит исследования геологии, состава и внутренней части Европы, чтобы понять подробные свойства ее океана. Среди главных задач, которые ему предстоит сделать, — выяснить, насколько толстый океан и где концентрируется приливное тепло — во льду, океане и скалистых недрах. Чтобы достичь нашей цели — понять обитаемость Европы, нам нужно будет синтезировать измерения всего набора из 10 инструментов».
Чтобы исследовать обитаемость Европы, миссия Europa Clipper преследует три основные научные цели. К ним относятся характеристики ледяного панциря и любых подземных вод, их состава, свойств океана и характера обмена между поверхностным льдом и океаном; определение состава любых неледяных материалов на поверхности и в атмосфере, включая любые углеродосодержащие соединения; и характеристика геологических особенностей поверхности и местностей, представляющих большой научный интерес. Поскольку обитаемость сводится к множеству взаимозависимых физических и химических параметров и процессов, с помощью следующих инструментов будут синтезированы многочисленные измерения.
Что касается камер, Clipper будет опираться на Европейская система визуализации (EIS), который состоит из широкоугольной и узкоугольной камеры – каждая с восьмимегапиксельным сенсором – которая будет создавать изображения Европы с высоким разрешением, изучать геологическую активность, измерять высоту поверхности и обеспечивать контекст для других инструментов. Также есть Европейская система термоэмиссионной визуализации (E-THEMIS) Это позволит определить регионы Европы, где теплая жидкая вода может находиться вблизи поверхности (или могла извергнуться), и измерить текстуру поверхности, чтобы понять мелкомасштабные свойства поверхности.
Для спектроскопических исследований «Клипер» будет нести Ультрафиолетовый спектрограф Europa (Europa-UVS): чтобы помочь определить состав атмосферных газов и поверхностных материалов Европы и найти вблизи Европы признаки активности шлейфа. Масс-спектрометр для исследования планет (MASPEX) будет анализировать газы в слабой атмосфере Европы и возможных шлейфах, а также изучать химию предполагаемого подповерхностного океана Луны, то, как океан и поверхность обмениваются материалами, и как радиация изменяет соединения на поверхности Луны.
Чтобы охарактеризовать плазменную и магнитную среду вокруг Европы, Clipper будет использовать Магнитометр Europa Clipper (ECM) чтобы подтвердить существование океана Европы, измерить его глубину и соленость, измерить толщину ледяного панциря Луны и изучить, как ионизированная атмосфера Европы взаимодействует с ионизированной атмосферой Юпитера. Плазменный прибор магнитного зондирования (ПИМС) будет измерять ионосферу и плазму Европы, попавшие в магнитное поле Юпитера. Он также попытается отличить магнитное поле Юпитера от индуцированного магнитного поля Европы, которое несет информацию об океане Европы.
Гравитация и радионаука (G/RS) Инструмент будет измерять гравитацию Европы в различных точках, чтобы показать, как Европа изгибается, и поможет раскрыть ее внутреннюю структуру. В то же время радар для оценки и зондирования Европы: от океана к поверхности (REASON) будет исследовать ледяную оболочку Европы на предмет предполагаемого океана Луны и изучать структуру и толщину льда. Он также будет изучать возвышения, состав и шероховатость поверхности Луны и искать в ее атмосфере шлейфы.
Наконец, химический анализ будет выполнен Картографический спектрометр для Европы (MISE), который составит карту распределения льдов, солей, органических веществ и самых теплых точек на Европе. Анализатор поверхностной пыли (SUDA) будет искать кусочки выбросов, выброшенных с поверхности Европы в результате ударов и следов шлейфов. В дальнейшем он определит химический состав этого материала и место его происхождения, а также предложит ключ к разгадке солености океана Европы.
Долгая история исследований
Как уже отмечалось, учёные заинтересовались Европой с тех пор, как зонды «Вояджер» прошли через систему в 1979 году. Эти миссии продемонстрировали, что Европа геологически активна, о чем свидетельствуют пересекающиеся линейные особенности, напоминающие потоки льда на Земле. Открытие вулканов на Ио (результат приливных колебаний) привело к предположению, что Европа также может испытывать вулканическую активность внутри себя. Это совпало с открытием гидротермальных источников на Земле всего двумя годами ранее, что показало, что жизнь может поддерживаться за счет внутренней энергии (а не солнечной энергии).
Зонд «Галилео» был первой миссией по изучению исключительно Юпитера и его спутников, которая прибыла в 1989 году. Данные, полученные этой миссией за более чем семь лет ее вращения вокруг Юпитера, предоставили дополнительные доказательства потенциальной обитаемости Европы. Это включало магнитные данные, которые предполагали наличие слоя жидкой соленой воды под ледяной поверхностью, а также обнаружение глинистых минералов (часто связанных с органическими материалами) на поверхности. На основе этих миссий ученые разработали «наиболее подходящую» модель Европы, где океан глубиной от десятков до сотен километров находится под слоем льда толщиной 3–50 км (от 1,8 до 31 мили).
В последнее десятилетие Космический телескоп Хаббл получил несколько изображений, которые показали свидетельства активности водяного пара и шлейфа, исходящего от поверхности Европы. Совсем недавно, Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил на поверхности углекислый газ, который мог быть перенесен изнутри при шлифовке. Если это подтвердится, это будет означать, что в подземном океане есть углерод, важный ингредиент для жизни и строительный блок для органики. Как только он достигнет Юпитера, миссия Europa Clipper будет опираться на этот впечатляющий фундамент и поможет раскрыть тайну этого «океанического мира».
Результаты этой миссии помогут информировать будущие миссии, направляющиеся за пределы Солнечной системы. К ним относятся предлагаемые Европа Лендер, который приземлится на поверхность Луны, чтобы более внимательно изучить ледяную поверхность и шлейфы Луны. Как заключил Вэнс:
«Все, что мы узнаем о Европе от Europa Clipper, позволит разработать лучшие проекты для будущих миссий. Например, картографирование поверхности с высоким разрешением позволит нам определить наиболее интересные с научной точки зрения и самые безопасные места для приземления. Знание толщины и состава льда позволит спроектировать буры, способные проникать сквозь лед, возможно, до самого океана».
Дальнейшее чтение: Springer Link
