PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

JUICE: Что скрывают ледяные спутники Юпитера?

1

Морское дно разверзается в глубинах солёного океана. Горячий газ из поддонных пластов образует в воде тысячи и тысячи крохотных пузырьков воздуха, поддерживая колонии микробной жизни, которые влачат существование вдали от залитой солнцем поверхности.

Всё это может напоминать сцену со дна бескрайних океанов Земли, но на самом деле это возможное описание Европы — одного из ледяных спутников, вращающихся вокруг Юпитера. И благодаря предстоящей миссии Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) у нас наконец-то появится возможность выяснить, насколько точным является это описание.

Астробиологи — учёные, ищущие признаки жизни за пределами нашей планеты — давно придерживаются простой мантры: следуйте за водой. Всё потому, что каждое живое существо на Земле – от мельчайшей бактерии до могучего синего кита – нуждается в жидкой воде, чтобы выжить. Несмотря на то, что инопланетная жизнь без присутствия воды вполне может существовать, поиск этого молекулярного союза между водородом и кислородом — отличная идея для старта.

В рамках поиска H₂O было проведено довольно много исследований в обитаемой зоне — узком кольце вокруг звезды, где температура как раз подходит для присутствия воды в её жидкой форме. Земля как раз расположена в таком месте, поэтому большая часть нашей воды не замерзает и не кипит. Но обитаемая зона — понятие несовершенное.

«По крайней мере у пяти объектов во внешней части Солнечной системы есть подповерхностные океаны», — говорит доктор Марк Фокс-Пауэлл, астробиолог из Открытого университета Великобритании. Все они находятся далеко за пределами традиционной обитаемой зоны. Три из них можно найти под поверхностью спутников Юпитера: Европы, Ганимеда и Каллисто. У Юпитера также есть собственная обитаемая зона, в которой необходимое тепло исходит не от Солнца, а от гравитации планеты. Она расширяет и сжимает спутники, нагревая их, словно мячи для сквоша.

Ледяная кора Европы покрыта царапинами и трещинами. Считается, что красно-коричневая материя представляет собой соединения соли и серы, видоизмёненные радиацией. Изображение: Science Photo Library

Хотя наши аппараты побывали в системе Юпитера множество раз, ледяные спутники не особо нас интересовали. «Galileo изучал их в 1990-х и был последним космическим аппаратом, делавшим это», — говорит Фокс-Пауэлл. Вместо этого наше внимание, как правило, приковывала сама планета-гигант. Но теперь есть JUICE, специальная миссия, направляющаяся к этим ледяным спутникам.

Космический аппарат

В основе миссии JUICE лежит космический аппарат, построенный Европейским космическим агентством (ЕSA). Он немного похож на гигантскую птицу с крыльями из солнечных панелей, простирающихся по обе стороны от корпуса. Солнечный свет на Юпитере в 30 раз тусклее, чем тот, что достигает Земли, поэтому панели должны быть большими. Они занимают площадь 85 квадратных метров – примерно половину размера волейбольной площадки.

Антенна JUICE, диаметром три метра, будет отправлять собранные аппаратом данные  в центр управления полётами, хотя на преодоление более полумиллиарда километров до Земли уйдёт почти два часа.

Масштабная модель антенны RIME проходит тестирование в испытательном комплексе Hertz (Нидерланды). Изображение: ESA | M Cowan

ЕSA работало над запуском JUICE, ранее запланированного на 2022 год, пока не разразилась пандемия коронавируса. Вместо старта в обозначенный срок, теперь сотрудникам придётся сильно поторопиться, поскольку агентство изо всех сил пытается вернуть время, потерянное во время изоляции, и провести последние приготовления, необходимые для подготовки знаменательной миссии к её перенесенному на 2023 год запуску.

Согласно первоначальному плану, JUICE должен был пройти по запутанному маршруту, включающему пять пролётов Земли, Венеры и Марса – гравитация этих планет помогла бы  отправить космический аппарат к Юпитеру. Это путешествие, должно было занять 7,5 лет. ESA пока не раскрыло точных деталей нового графика, но JUICE должен прибыть к Юпитеру в начале 2030-х годов. Оказавшись там, он проведёт не менее трёх лет, исследуя Европу, Ганимед и Каллисто. К нему должен присоединится аппарат NASA Europa Clipper, запуск которого в настоящее время запланирован на 2024 год, а прибытие — на апрель 2030 года.

Юпитерианские спутники

Мы давно знакомы с этими спутниками. Наряду с Ио — наиболее вулканически активным телом в Солнечной системе — Европа, Ганимед и Каллисто составляют так называемые «галилеевы спутники», впервые замеченные итальянским астрономом Галилео Галилеем в начале XVII века.

Из трио, на котором сосредоточится JUICE, Европа, как правило, привлекает к себе наибольшее внимание. «Это определённо олицетворение галилеевых спутников», — говорит Фокс-Пауэлл. Всё потому, что под его ледяной корой находится океан, который содержит больше жидкой воды, чем все моря, озера и реки Земли вместе взятые. Если наши океаны наводнены живыми организмами, может ли то же самое быть и на Европе?

Часть проблемы заключается в том, что океан находится под толстой ледяной поверхностью. «Мы не можем получить к нему прямой доступ», — объясняет Фокс-Пауэлл. К счастью, учёные полагают, что ледяная кора и вода взаимодействуют, как расплавленная порода под поверхностью Земли, которая прорывается во время вулканической активности. «Это означает, что мы можем использовать вещество на поверхности для косвенного изучения океанов», — добавляет Фокс-Пауэлл.

Водные гейзеры, питаемые океаном внизу, часто прорываются сквозь ледяную поверхность Европы, как показано на этом рендере. Изображение: Science Photo Library

Возможно, мы даже сможем взять образец этого вещества, несмотря на то, что JUICE не сможет совершить посадку на Европе. Космический аппарат доставит к Юпитеру 10 высокоточных инструментов, в том числе Particle Environment Package (PEP). «Он предназначен для изучения пыли и других молекул, выброшенных с поверхности, — рассказывает Фокс-Пауэлл. — Не исключено, что если бы это вещество имело океаническое происхождение, оно могло бы содержать молекулы, указывающие на наличие жизни».

Если в океанах Европы есть организмы, им нужен источник энергии. Скрытые под ледяной корой, они не могут получить энергию от Солнца. Фокс-Пауэлл видит два возможных варианта. Юпитерианская система представляет собой среду, наполненную интенсивным уровнем радиации, поскольку магнитное поле Юпитера отражает и перенаправляет вокруг себя высокоэнергетические частицы.

«Любое вещество из океана, оказавшееся на поверхности, будет облучено», — говорит Фокс-Пауэлл. Это меняет химический состав льда. Один из вероятных сценариев заключается в том, что радиация расщепляет воду на водород и кислород, и этот кислород просачивается вниз, обратно в океан. Другие потенциальные побочные продукты включают соединения, содержащие серу. «Известно, что на Земле они поддерживают микробную жизнь», — объясняет Фокс-Пауэлл. JUICE поможет нам узнать больше об этой границе океана и поверхности, а также о том, насколько местные условия подходят для биологической жизни.

В качестве альтернативы жизнь могла зародиться на дне океана. На Земле существуют целые сообщества организмов, которые живут на морском дне вообще без солнечного света. Источником их энергии являются гидротермальные источники — трещины на границе между океаном и горячими недрами Земли. JUICE может помочь нам увидеть, насколько геологически активны недра Европы.

Возможность изучить Каллисто

Хотя Европа и привлекает львиную долю общественного внимания, она не является главной целью JUICE. Аппарат пролетит мимо Европы лишь дважды, зато мимо Каллисто аж 12 раз. Каллисто — самый удалённый из четырёх галилеевых спутников, поэтому гравитация и радиация Юпитера меньше всего влияют на него. В отличие от Европы, постоянно видоизменяющейся из-за вещества, выбрасываемого из-подо льда, Каллисто имеет самую старую поверхность в Солнечной системе. Неизменная в течение миллиардов лет, она испещрена большим количеством ударных кратеров, чем любое другое тело, вращающееся вокруг Солнца.

Астрономы подозревают, что под древней поверхностью Каллисто находится океан глубиной 200 км. Именно здесь инструмент JUICE, Radar for Icy Moons Exploration (RIME), начнёт свою работу. Он будет генерировать радиоволны, способные проникать сквозь ледяные оболочки галилеевых спутников на глубину около девяти километров. По тому, как радиоволны отражаются обратно, мы сможем узнать больше об внутренней структуре лун.

Другой подход обеспечит инструмент Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM). Он будет измерять гравитационные поля Каллисто и других ледяных спутников, что покажет, как различные слои вещества, включая воду, скомпонованы внутри них.

Каллисто окажет для JUICE ещё одну услугу. Руководители миссии будут использовать гравитацию спутника для увеличения угла наклона космического аппарата примерно на 30°, чтобы он мог лучше рассмотреть полярные регионы Юпитера — источник обширного и интенсивного магнитного поля.

В поисках магнитных полей

Именно благодаря магнетизму стало понятно, где JUICE проведёт большую часть своего времени: на Ганимеде. Помимо дюжины пролётов аппарат также выйдет на орбиту вокруг него и пробудет там восемь месяцев. Это будет первый случай в истории, когда космический аппарат с Земли облетит другой спутник, помимо нашего.

«Ганимед — самое интересное тело в Солнечной системе», — рассказывает профессор Мишель Доэрти из Имперского колледжа Лондона. Во-первых, он больше любого другого спутника. На самом деле, он даже больше, чем карликовая планета Плутон и планета Меркурий. Как и в случае с Европой, считается, что здесь есть подповерхностный океан, в котором воды больше, чем на всей Земле.

И всё же именно магнетизм Ганимеда больше всего притягивает учёных. Сам Ганимед выделяется среди других спутников Солнечной системы тем, что имеет собственное магнитное поле. Доэрти является главным исследователем, работающим с J-MAG — прибором на JUICE для измерения магнитных полей. J-MAG расположен на конце стрелы длиной 10,6 м, которая защитит его от магнитных помех от самого космического аппарата. Его чувствительная электроника находится в обшитом свинцом корпусе, способном спасти её от интенсивного излучения Юпитера.

Полярное сияние на Ганимеде даёт представление о магнитном влиянии Юпитера. Изображение: NASA | ESA

Доэрти хочет детально измерить магнитное поле Ганимеда, в том числе то, как оно взаимодействует с собственным магнитным полем Юпитера. С помощью космического телескопа Hubble астрономы заметили полярное сияние на Ганимеде. Будучи эквивалентом северного и южного полярных сияний на Земле, местные полярные сияния должны возникать близ полюсов Ганимеда из-за влияния магнетизма Юпитера.

Но этого не происходит, что можно объяснить наличием у него подповерхностного океана солёной воды, который проводит электричество и уравновешивает магнитную мощь Юпитера. Изучение магнитного поля Ганимеда способно дать дополнительные сведения о размере и природе этого океана. В свою очередь, это поможет нам понять, может ли это место быть домом для инопланетной жизни.

Однако отделить магнитное поле Ганимеда от поля Юпитера далеко не просто, особенно учитывая, насколько планета доминирует над окружающими её спутниками. «Это всё равно, что пытаться найти иголки в стоге сена, — поясняет Доэрти, — но при этом они всё время меняют размер, форму и цвет». Тем не менее, она уверена, что команда справится. Пролёты мимо спутника будут использоваться для практики, а действительно важные данные поступят, как только JUICE выйдет на орбиту вокруг Ганимеда. «Результаты будут впечатляющими», — уверяет Доэрти.

Есть ли жизнь где-то ещё в Солнечной системе?

Если она права, это станет венцом долгого и извилистого пути. Доэрти ранее принимала участие в работе другого флагманского космического аппарата: миссии Cassini к Сатурну. Обсуждения проекта JUICE начались всерьёз в 2008 году, когда Cassini уже четыре года находился на орбите Сатурна.

Именно одна из лун Сатурна – Энцелад – заставила людей обратить на себя внимание. «Моя команда сыграла важную роль в обнаружении гейзеров водяного пара на Энцеладе», — говорит Доэрти. Вода из подповерхностного океана выбрасывалась в космос, показывая, что можно найти её за пределами традиционной обитаемой зоны.

Доэрти рассказывает об открытии своей команды в фильме «Триумф у Сатурна». Отрывок на 00:22:41

Открытия на Энцеладе показали нам, что решение сосредоточить внимание на спутниках внешних планет было правильным. Вскоре был выработан план, чтобы поближе рассмотреть ледяные спутники Юпитера. Не то, чтобы всё было гладко. В какой-то момент во время пандемии, когда лаборатории были закрыты, команда Доэрти собирала части J-MAG на своих кухонных столах. «Создание подобного инструмента всегда сопряжено со стрессом, но пандемия вывела этот стресс на совершенно новый уровень», — говорит она.

Упрощённый макет космического аппарата JUICE используется для проведения испытаний. Изображение: Airbus | Rolf Schwark.

Это усилия тем более примечательны, учитывая, что команда в конечном итоге уничтожит все плоды своих трудов примерно в 2034 году, когда у космического аппарата, вероятно, закончится топливо. Без него он больше не сможет маневрировать в системе Юпитера. Поэтому команда сделает то, что уже делали раньше с такими космическими аппаратами, как Cassini и миссией MESSENGER к Меркурию: намеренно уничтожит его.

Врезавшись в поверхность Ганимеда, JUICE проведёт свой последний эксперимент, который покажет, из чего состоит гигантская луна. Дни исследования ледяных спутников Юпитера подойдут к концу, но учёные ещё долго будут изучать коллекцию ценных данных, отправленных JUICE. «Через 20 лет наше понимание этих спутников сильно изменится, — говорит Фокс-Пауэлл. — JUICE произведёт настоящую революцию». Наконец, он поможет нам понять, одиноки ли мы в этой обширной и столь удивительной Солнечной системе.

Источник

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

10
Войдите, чтобы видеть ещё 1 комментарий, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
If you were unable to log in, try this link.