Юпітеріанський супутник Європа давно приваблює астрономів як одне з найперспективніших місць для пошуку позаземного життя. Дані про «хаотичний рельєф», індуковане магнітне поле та можливі шлейфи над поверхнею свідчать, що в глибині ховається потужний океан рідкої води. Нове дослідження, на яке звертає увагу видання Universe Today, показує: дістатися до цього океану може бути значно складніше, ніж вважалося.
Є докази, що на межі ядра та мантії Європи відбувається гідротермальна активність, спричинена приливним розігрівом. Це робить підповерхневий океан потенційно придатним для життя. Уже прямують дві великі місії — європейська JUICE та американська Europa Clipper. Вони мають з орбіти дослідити крижану поверхню та оцінити, чи може океан бути населенним.
Як планували дістатися до глибинної води
Якщо орбітальні апарати знайдуть можливі біосигнатури, у NASA та ESA розглядають ідею наступних місій — посадкових платформ і навіть підлідних апаратів, зокрема концептів Europa Lander та субмерсибля DADU (Deeper Access, Deeper Understanding). Один із найпривабливіших варіантів — скористатися тріщинами в крижаній корі, щоб вийти на підповерхневі резервуари води в самій товщі льоду.
За таким сценарієм вода з глибинного океану мала б підніматися по вузьких тріщинах і збиратися в «кишенях» ближче до поверхні. Дослідники сподівалися, що саме ці невеликі резервуари буде відносно легко дослідити та взяти проби, які відображають склад океану.
Команда під керівництвом Луджендри Оджі (Lujendra Ojha) з Ратгерського університету перевірила цю ідею за допомогою комп’ютерних моделей. Вони оцінили, чи здатна рідка вода з глибинного океану підійматися вгору крізь кригу, не замерзаючи в процесі, і чи можуть завдяки цьому формуватися мілкі підповерхневі резервуари.
Турбулентна вода та швидке замерзання
Оджі та його колеги зосередилися на вузьких тріщинах-«дайках», через які теоретично могла б підніматися вода, подібно до того, як магма рухається тріщинами в земній мантії. Але на Європі йдеться про кріовулканізм — коли не розплавлена порода, а рідка вода просочується через лід.
Попередні моделі зазвичай припускали, що вода рухається вгору більш-менш впорядковано, ламінарним потоком. Нові розрахунки Ратгерської групи вказують на іншу картину: потік радше буде турбулентним, зі складними завихреннями та ударами об стінки тріщини. Через це вода надто швидко віддає тепло навколишньому льоду.
Коли вода інтенсивно охолоджується, в ній починають формуватися кристали льоду, які налипають на стінки й поступово звужують канал. За результатами моделювання, вузькі тріщини в таких умовах можуть повністю промерзнути всього за кілька годин. Для ширших тріщин, які за ідеальних умов здатні пропускати багато води, турбулентність робить подібні сценарії набагато менш імовірними.
У підсумку дослідники дійшли висновку, що шлях від глибинного океану до відносно мілких шарів льоду набагато менш прохідний, ніж передбачалося. Щоб достатній обсяг води дістався мілких резервуарів, крижана кора мала б бути надзвичайно сильно розтрісканою або мати дуже довгі системи тріщин.
Мілкі резервуари може створювати місцеве тепло
Результати вказують, що якщо під поверхнею Європи все ж є мілкі водойми в льодовому панцирі, вони, ймовірно, не живляться безпосередньо з глибинного океану. Натомість такі «кишені» води могли утворитися локально — через нагрівання й плавлення льоду в самій корі, наприклад, завдяки внутрішньому теплу чи напруженням у льоді.
Оджі формулює головне питання так: чи справді вода здатна здійснити повну «подорож» від океану до поверхні, не замерзнувши дорогою? За словами вченого, їхнє моделювання фактично спростовує цей сценарій у найбільш ймовірних умовах.
Якщо це так, то навіть виявлені майбутніми місіями підповерхневі резервуари можуть не відображати склад глибинного океану, а бути продуктом місцевого плавлення. Це важливе обмеження для всіх планів «простого доступу» до океану через тріщини.
Що це означає для місій JUICE та Europa Clipper
Висновки цієї роботи особливо важливі напередодні прибуття місій JUICE та Europa Clipper до системи Юпітера — орієнтовно у квітні 2030 року для апарата NASA та липні 2031 року для місії ESA. Вони мають детально вивчити структуру крижаної кори, рельєф і хімічний склад поверхні Європи.
Нові моделі допоможуть правильніше інтерпретувати результати спостережень. Якщо будуть знайдені ознаки мілких водяних резервуарів, доведеться враховувати, що вони можуть бути відрізані від океану і формуватися за іншим механізмом, ніж вважалося раніше.
За словами Оджі, робота його команди свідчить, що крижана оболонка Європи може бути значно ефективнішим бар’єром між океаном і поверхнею, ніж припускали. Це не скасовує можливість існування життя в глибині, але означає, що шлях до його виявлення може виявитися значно складнішим і потребуватиме більш продуманих місій та інструментів.