Внутренний океан Европы может быть труднее доступен, чем мы думали

Ледяной спутник Юпитера Европа продолжает вызывать большой интерес у ученых с тех пор, как к его системе приблизились зонды Voyager 1 и 2. На основе множества данных, включая "хаос-террейн", индуцированное магнитное поле и поверхности, выбрасывающие водяные пары, исследователи пришли к выводу, что под поверхностью Европы находится океан. Более того, есть убедительные доказательства гидротермальной активности на границе ядра и мантии, что указывает на возможность существования жизни в этом внутреннем океане.

В настоящее время к Европе направлены две миссии для изучения ее поверхности с орбиты и определения, может ли этот океан содержать жизнь — это исследовательская миссия Европейского космического агентства JUICE и NASA Europa Clipper. Если эти миссии обнаружат потенциальные биосигнатуры, ученые надеются отправить последующие экспедиции, такие как Europa Lander и подводный аппарат Deeper Access, Deeper Understanding (DADU).

К сожалению, новое исследование, возглавляемое ученым из Университета Рутгерса Луджендрой Охой, показывает, что добраться до этого океана может быть сложнее, чем предполагалось ранее. Оха, доцент Школы искусств и наук Рутгерса, работал в команде с Анкитом Бариком, помощником научного сотрудника из Университета Джонса Хопкинса, и Джейкобом Баффо, планетарным ученым из Школы инженерии Тейера при Дартмутском колледже. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Эта иллюстрация демонстрирует, как может выглядеть внутреннее строение Европы, с толстой ледяной коркой и глубоким океаном. Ледяная оболочка может содержать карманы воды, а на дне океана могут находиться гидротермальные источники. Изображение: NASA/JPL-Caltech.

Одним из наиболее перспективных способов доступа к внутреннему океану Европы является использование трещин в ледяной поверхности для достижения возможных резервуаров в ледяной корке. Если такие резервуары существуют, это значительно упростит будущим миссиям задачу по обнаружению и/или забору образцов из океана. Чтобы проверить эту гипотезу, Оха и его коллеги провели компьютерные симуляции, чтобы выяснить, может ли жидкая вода из внутреннего океана Европы подниматься через трещины в льду и собираться в мелких резервуарах ближе к поверхности.

Однако, если эти резервуары не связаны с океаном, они могут не дать информации о том, что происходит в недрах Европы. Оха и его команда сосредоточились на узких трещинах или разломах (дайках), которые теоретически могут позволить воде из океана подниматься вверх к поверхности. Это согласуется с явлением криовулканизма, которое наблюдается на Европе и многих других ледяных лунах в Солнечной системе (таких как Церера, Энцелад, Титан и Тритон). Однако вместо того, чтобы магма поднималась через трещины в каменной мантии, процесс включает движение жидкой воды через лед.

Результаты показали, что путь от глубокого океана к мелкому ледяному слою, вероятно, гораздо сложнее, чем предполагали ученые. В предыдущих исследованиях модели обычно предполагали, что вода поднимается через лед Европы относительно упорядоченно. Однако симуляции Рутгерса показывают, что вода, скорее всего, будет двигаться турбулентно через трещины в льду, теряя тепло при контакте со стенками льда. По мере охлаждения воды могут образовываться кристаллы льда, которые будут забивать путь.

"Эта вода, которая будет подниматься, будет турбулентной, — сказал Оха. — Она будет двигаться влево и вправо, вверх и вниз, создавая вихревое движение. И когда это происходит, эта жидкая вода будет охлаждаться очень быстро, когда она приближается к поверхности." Симуляции показали, что при таких условиях узкие трещины могут замерзать за считанные часы. При идеальных условиях более широкие трещины могли бы перенести много воды к поверхности, но турбулентность делает такие сценарии гораздо менее вероятными.

Концепция миссии Europa Clipper. NASA планирует запустить эту миссию в 2020-х годах. Изображение: NASA/JPL.

В целом, корка Европы должна быть крайне длинной или многочисленной, чтобы обеспечить достаточное количество воды для резервуаров под поверхностью. Результаты указывают на то, что если мелкие резервуары существуют, они могли образоваться в результате локального нагрева и плавления, а не из океана. Как резюмировал Оха:

Загадка, которую мы хотели решить, заключалась в том, возможно ли это путешествие. Может ли жидкая вода подняться из глубокого океана Европы к поверхности, не замерзая по пути? Есть ледяная оболочка, под ней вода, и существует множество предположений о том, как эта вода может подняться из глубины и добраться до самой поверхности, не замерзая. Мы действительно думаем, что опровергли это.

Если под поверхностью луны существуют резервуары, они могут не содержать воду из океана Европы и могли образоваться локально в результате таяния льда внутри корки. Эти выводы имеют важные последствия для будущих исследований Европы, включая JUICE и Europa Clipper, которые должны прибыть к Юпитеру в июле 2031 года и апреле 2030 года соответственно. Ожидается, что эти миссии предоставят более детальный обзор ледяной корки и состава поверхности Европы, а также определят, существуют ли мелкие резервуары и как они структурированы.

"Наша работа предполагает, что ледяная оболочка Европы может быть более сильным барьером между океаном и поверхностью, чем предполагалось ранее, — отметил Оха. — Это поможет будущим миссиям интерпретировать то, что они находят, и лучше понять, где искать признаки обитаемости."

Дополнительные материалы: Университет Рутгерса, Nature Astronomy