Притягательная сила ледяных миров

Я увидел будущее в области исследований космического пространства, и оно напоминает мне бильярдный шар, покрытый коричневыми переплетенными линиями. Я говорю о Европе — 3104 километра в диаметре, почти белый и чрезвычайно гладкий спутник Юпитера. Это загадочный мир, который во многом является полной противоположностью Земли. Это также наиболее вероятное место для поиска инопланетной жизни. Если вас поразило то, что эти два заявления являются довольно противоречивыми — ну да, так оно и есть. Но именно в этом и скрывается причина того, почему Европа может быть как раз сейчас самым важным миром в Солнечной системе.

Неземные аспекты Европы, на самом деле, являются лишенными земли: это небесное тело сформировано из превратившейся в лед воды, а не из камня. На ней происходят тектонические перемещения льда вместо сдвигов континентов, там существуют соленые океаны вместо мантии и выбросы пара вместо вулканов. Неразборчивые линии на поверхности могут быть грязным океанским материалом, проникающим через ледяной эквивалент тектонических разломов.

С земной точки зрения строение Европы совершенно неправильное, поскольку ее прочная кора находится наверху, а вода глубоко внизу. Но с точки зрения инопланетной жизни, Европа может обладать первоклассными условиями. Под своей замерзшей оболочкой Европа имеет в два раза больше жидкой воды, чем во всех океанах нашей планеты вместе взятых. Астробиологи обычно считают воду первым условием для жизни; и в таком случае Европа просто утопает в воде. Непосредственно под ледяным покровом условия могут напоминать ту среду, которая существует под ледяными пластами Антарктики. На дне скрытого внизу океана Европа, возможно, имеет активную систему гидротермального обмена. На Земле обе подобные зоны представляют собой активные места обитания.

Кроме того, есть и еще один поворот в этой истории — вода на Европе способна иногда вырываться за свои ледяные пределы. В конце 2013 года космический телескоп Hubble зафиксировал большую струю пара вокруг южного полюса Европы. Это обнаружение подтвердило и расширило научные представления о том, что делает Европу таким динамичным миром. Европа движется по слегка овальной орбите вокруг Юпитера, в результате чего  она попеременно сжимается и разжимается из-за гигантской гравитации соседней планеты. Подобные деформации создают сильное трение внутри самого спутника и производят достаточное количество тепла для сохранения теплой воды в океане, находящемся под замерзшей внешней оболочкой Европы. Образование парообразного шлейфа предполагает, что деформация Европы также открывает и закрывает целый ряд изломов, что позволяет находящейся внутри воде прорываться наружу в виде гейзеров.

Если эти гейзеры представляют собой океанскую воду, проходящую через весь твердый поверхностный слой, то они могут содержать в себе следы водяной жизни. А если высота шлейфов будет достаточно большой, то будущие космические корабли смогу пролететь прямо через них и попытаться обнаружить биохимические вещества.

Вы можете понять, почему у людей возникло определенное головокружение на заседании Группы по оценке удаленных планет (OPAG), которое проходило в феврале в одном из отделений НАСА —  в Исследовательском центре Эймса. Это традиционный форум для обсуждений ледяных миров, и проводимые Группой OPAG собрания располагаются где-то между корпоративными мероприятиями по типу выставки MacWorld и ярмарками виниловых пластинок. Это как раз то место, где истинные верующие общаются с новичками, обсуждают последние достижения науки, рассматривают спекулятивные идеи и разрабатывают стратегии для дальнейших исследований. С каждой новой частицей информации они все больше убеждаются в том, что именно Европа, а не Марс, является тем местом, куда следует отправиться в поисках инопланетной жизни. Обнаружение шлейфов на Европе стало причиной еще одного выброса адреналина. Аудиторию благоговейно молчала, когда Лоренц Рот (Lorenz Roth) из шведского Королевского института технологии, подключенный по неустойчивой телефонной связи, сообщил о последних наблюдениях за возникновением подобных водяных извержений (пока, к сожалению, все эти усилия оказались безрезультатными).

Еще одна важная новость, прозвучавшая на заседании Группы по изучению внешних планет, была связана с открытием, о котором было объявлено всего пять месяцев назад: Европа имеет тектонические плиты, как и Земля, и нигде больше ничего похожего пока не обнаружено. Тектоника описывает процесс, в ходе которого внешняя твердая оболочка движется и, кроме того, совершает цикличные движения внутрь планеты. Луиз Проктер (Louise Prockter) из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса вместе с другими исследователями обнаружила подобную активность при тщательной реконструкции старых изображений, полученных с помощью космического аппарата Galileo, который вращался вокруг Юпитера в период с 1995 года по 2003 год.

Как Проктер объяснила мне на этой встрече, подвижная кора делает две важные вещи. Она циклично перемещает лед вместе со всеми другими компонентами, которые образуются в результате воздействия солнца и происходят внизу в темном океане; этот химический поток может играть ключевую роль в снабжении океана питательными веществами. Подобное движение твердой оболочки также выталкивает океанский материал на поверхность, где пытливый человеческий глаз может попытаться найти ответы на вопросы относительно океана Европы, не прибегая к бурению.

Поддержанный этими открытиями, культ Европы теперь уже вышел за пределы собраний Группы по оценке внешних планет. В июне этого года НАСА объявило о том, что оно начало разработку космического аппарата для Европы и что детальное изучение этого вопроса будет проводиться где-то в 2020-х годах. Если эта миссия состоится, то ее задачи будут сосредоточены на изучение невероятной ледяной и океанической среды Европы. Это также поможет ученым понять ледяные миры в целом. Ледяные луны, карликовые планеты и гигантские астероиды являются нормой в обширной внешней зоне солнечной системы, и если они повторяют то, что происходит на Европе, то тогда они могут представлять собой значительную часть обитаемого пространства солнечной системы. Есть основания полагать, что ледяные миры присутствуют в большом количестве и вокруг других звезд. Если свести вместе все эти идеи, то можно предположить, что Млечный путь в целом может содержать десятки миллиардов благоприятных для жизни ледяных коробок.

Но если подобные поразительные экстраполяции означают, что ученые начинают разбираться в том, как работает Европа, то позвольте мне предположить обратное. Европа продолжает оставаться большим и непонятным ледяным шаром.

Почти все, что нам известно о поверхности Европы, было получено в результате работы Galileo, космического аппарата НАСА, который достиг орбиты Юпитера в 1995 году. Во время своего продолжавшегося восемь лет полета Galileo составил карту большей части Европы, однако разрешение этих снимков было невысокое — около полутора километров на пиксель. Для сравнения — на сегодняшних лучших изображениях Марса можно рассмотреть предметы величиной в один метр.

Элизабет (Зиби) Тертл (Elizabeth ‘Zibi’ Turtle) из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса обещает: камера нового направляемого к поверхности Европы аппарата НАСА будет иметь сходный уровень разрешения. До того времени представьте, что вам приходится передвигаться, руководствуясь картой, на которой нельзя увидеть ничего меньше одного километра, и тогда вы получите представление о том, как далеко должны продвинуться ученые, занимающиеся Европой.

Кроме того, на первичном уровне планетарные ученые все еще должны разобраться в том, каким образом геология (или мы в данном случае должны говорить «гласиология») работает в замерзшей среде. Дело в том, что лед — это не совсем лед. Роберт Паппалардо (Robert Pappalardo) из Лаборатории реактивного движения НАСА, специалист с конским хвостом, работающий над проектом запуска зонда к Европе, объяснил мне некоторые сложности. На Европе поверхностная температура доходит до минус 100 градусов по Цельсию (210 по Фаренгейту); на полюсах она опускается до минус 190 градусов по Цельсию (370 градусов по Фаренгейту). В таких условиях воду правильнее было бы воспринимать как минерал, а лед может иметь примерно такую же консистенцию, как бетон. Во многих отношениях он удивительным образом напоминает каменную породу в том, как он ломается, складывается и вибрирует. Но даже при таких низких температурах поверхностный лед может сублимироваться — испаряться и превращаться прямо из твердого состояния в газообразное, на что каменные породы не способны. Ледяные материалы способны выпариваться из более темных, более теплых мест и собираться в более легких и более холодных, и при этом возникает экзотический вариант выветривания, которые реорганизует ландшафт без ветра и без дождя.

И многие другие вещи происходят на поверхности Европы. Юпитер обладает огромным и мощным магнитным полем, которое бомбардирует свои спутники с помощью радиации: в среднем, около 500 бэр в день. Подобный уровень радиации легче объяснить на примере — при такой дозе вы почувствуете себя плохо уже через час, а через 24 часа вы умрете. Такая радиация быстро разрушает любые органические соединения, и это делает намного более сложным поиск жизни, однако способствует созданию самых разных сложных химических реакций. Недавний эксперимент, проведенный в Лаборатории реактивного движения (об этом было объявлено в мае, но до сих пор информация о нем не опубликована) предполагает, что цвет у полос Европы возникает в результате радиационного облучения океанских солей. Эти и другие фрагментированные молекулы вместе с постоянным потоком органических материалов, появившихся в результате столкновения с кометами, могут использоваться в качестве источника энергии для жизни, если они вернутся вновь в океан, где живые существа способны получить хорошую защиту.

Движение твердой оболочки Европы — ее ледяного внешнего панциря — это еще одна весьма большая и таинственная область. В ледяных мирах, как отмечает Паппалардо, вода берет на себя роль магмы и горячих каменных пород глубоко внутри, однако вновь следует отметить, что лед и камень — это не совсем одно и то же. Теплый лед при высоком давлении становится мягким, почти водянистым и медленно движется. Могут существовать сложные варианты циркуляции, происходящие только в оболочке, ширина которой, вероятно, составляет от 15 до 25 километров (возможно, больше или меньше — это еще одна загадка, которую предстоит исследовать в рамках будущего проекта). Массы жидкой воды могут существовать внутри оболочки в отрыве от расположенного внизу океана. Струи воды на поверхности, возможно, образуются не непосредственно из океана; не исключено, что они формируются из озер, похожих на еще мало изученное озеро Восток в Антарктиде.

На встрече Группы по оценке внешних планет кажущийся узким аргумент относительно циркуляции льда вызвал оживленные дебаты по поводу перспектив для жизни на Европе и, кроме того, в мириадах других ледяных миров в космическом пространстве. Бритни Шмидт (Britney Schmidt) из Технологического университета штата Джорджия поставила вопрос о том, происходит ли активная геология (гласиология) на Европе полностью внутри внешней твердой оболочки. Если вещество вообще не циркулирует между поверхностью и океаном, то тогда Европа плотно закрыта. Жизнь в таком случае не может получать свежие химические элементы сверху, а если и сохраняются какие-то виды жизни, то мы об этом никогда не узнаем, если только не найдем способ пробурить дыру на всю глубину. Несколько исследователей из Группы по оценке внешних планет полагают, что для получения содержательных ответов потребуется посадка аппарата на поверхность Европы; а один энергичный участник встречи постоянно выступал за направление туда космического аппарата жесткой посадки — по сути дела, высокоскоростного шара для игры в боулинг — для того, чтобы он врезался в поверхность и высвободил таким образом все находящиеся там микробы.

Что касается самого океана Европы, то он уходит на большую глубину, которую можно назвать аква ингогнита. Если поверхность, на самом деле, покрыта солью, то это говорит о существовании богатого минералами океана, в котором воды активно взаимодействуют с каменным дном в глубине. Вероятным источником подобного взаимодействия является сеть гидротермальных каналов, действующих под воздействием внутреннего тепла Европы. Такого рода каналы способны предоставить химическую энергию для поддержания жизни на Европе, как это происходит на Земле. Но каковы общие размеры гидротермальной активности? Способствуют ли существованию жизни кислотность и соленость? Ученые активно спорят друг с другом по поводу провокационных вопросов, которые пока не имеют ответов. Получения ответов (если, это вообще возможно) зависит в значительной мере от того, какая часть внутренней природы Европы просматривается снаружи. Разговоры на встрече Группы по оценке внешних планет иногда начинают напоминать школьные аргументы относительно жизни: Если инопланетянин плывет по океану Европы, и никто не может его увидеть, то является ли он, на самом деле, живым?

Люди, верящие в Европу, уже давно ждут осуществления миссии, которая положит конец подобного рода аргументам или, по крайней мере, сделает их более предметными. Это ожидание наполнено чередованием крайностей — от оптимизма до разочарования. Проект НАСА по направлению космического аппарата к Европе получил зеленый свет в 1999 году, но был закрыт в 2002 году. Затем появилось еще более амбициозное предложение — направить на орбиту Европы аппарат с ядерным реактором (Jupiter Icy Moons Orbiter), и выглядел он просто невероятно, однако и он был сначала отложен, а в 2006 году отменен. Предложенный совместный проект с Европейским космическим агентством (ESA) так далеко еще не продвинулся, хотя европейцы продолжают работать над своей частью проекта и собираются в 2030 году направить космический зонд к Ганимеду, еще одному ледяному спутнику Юпитера.

Группа по оценке внешних планет была образована в 2004 году как своего рода группа поддержки ледяных спутников, а его целью было привлечь к ним то количество внимания, которого они заслуживают. Ситуация на этот раз представляется более благоприятной. Конгресс одобрил предоставление средств для разработки направляемого к Европе зонда. НАСА одобрило набор инструментов и назначило специалистов, которые за них отвечают. В этом месяце это агентство выпустило пресс-релиз, в котором дается зеленый свет этому проекту. Весьма вероятно, что группа специалистов по Европе из числа принимавших участие в заседании Группы по оценке внешних планет провела свою встречу, которая проходила 19 февраля в баре Savvy Wine Bar в городе Маунтин-Вью. Паппалардо, выглядевший  усталым, но и радостным, в своем эмоциональном тосте предложил собравшимся поднять бокалы калифорнийского каберне за направление космического зонда к Европе.

Существует даже вероятность того, что направляемый к Европе зонд будет включать в себя спускаемый аппарат. Члены Конгресса, а также генеральный директор Европейского космического агентства выразили заинтересованность в такой программе. Денег для реализации этого проекта пока нет, однако Адам Стельцнер (Adam Steltzner) — энергичный инженер, разработавший вариант безопасной посадки двухтонного марсохода Curiocity на поверхность Марса — заверил меня в том, что с технической точки зрения не составит труда разработать небольшой зонд, который будет оснащен ракетами, позволяющими ему осуществить мягкую посадку на Европу.

После посадки он может провести бурение поверхности и поиск возможных живых материалов, которые не были уничтожены радиационными взрывами на Юпитере.

Однако эксперты НАСА с грустью соглашаются с тем, что нам не удастся увидеть замечательных субмарин на Европе, которые представлены как спекулятивный «будущий проект» на веб-сайте НАСА. Доставка зонда здесь, на Земле, к озеру Восток оказалась колоссальным вызовом. Бурение ледяного слоя в 15 километров или даже больше на Европе и исследование инопланетного океана с помощью дистанционного управления — пока мы еще не знаем, как это сделать, и, конечно же, подобный проект будет сложно реализовать с учетом вероятного будущего бюджета НАСА.

Но это неважно. Даже самый простой вариант нынешней версии плана НАСА относительно Европы позволит получить потоки информации относительно того, как работают ледяные миры, а также по поводу вероятности того, что они могут поддерживать жизнь. Если ответы будут такими же захватывающими, как полагают многие ученые — я на это очень надеюсь, — то это поддержит будущие полеты к Титану, Энцеладу и некоторым другим манящим двоюродным братьям и сестрам Европы. В таком случае произойдет также переформатирование проектов, направленных на поиски обитаемых миров вокруг других звезд. В настоящий момент астрономы сфокусированы в основном на поисках похожих на Землю планет, но, может быть, следует сосредоточить свою усилия на другом направлении. Возможно, большая часть жизни во вселенной скрыта под толщей льда — она надежно защищена, но из-за этого она остается неразличимой.

Независимо от того, существуют или не существуют на Европе инопланетные организмы, осуществление подобного проекта позволит нам получить представление о том, какой может быть жизнь и где она может существовать. Ледяной спутник Сатурна поможет вылечить ученых от их шовинизма относительно планет, состоящих из каменистых пород. Так кто там говорит о бильярдном шаре?

inosmi.ru

Поделиться в соц. сетях

0