Місія Європейського космічного агентства під назвою JUICE націлена дати відповідь на питання: чи існує життя під споконвічною корою льоду?

Глибоко під водами солоного океану морське дно розрізано ущелинами. Гарячі гази з розташованих нижче шарів кори та мантії вириваються у воду, живлячи теплом колонії мікроорганізмів, які ведуть своє існування далеко від залитої сонцем поверхні.

Здається, це схоже на пейзаж із дна наших, земних океанів, але насправді це перспектива підводних краєвидів Європи – одного з крижаних супутників Юпітера, що обертається навколо свого газового гіганта. А завдяки майбутній місії з ім’ям “Дослідник крижаних супутників Юпітера” (Jupiter Icy Moons Explorer), більш відомої за скороченням JUICE ми, можливо, нарешті зможемо з’ясувати, наскільки наші уявлення відповідають реальності.

“Щонайменше п’ять об’єктів у зовнішній Сонячній системі можуть мати внутрішні океани.”

Марк Фокс-Пауелл, астробіолог з британського Відкритого університету

Астробіологи – вчені, які шукають ознаки життя за межами нашої планети – в своїй роботі здавна дотримуються простої сентенції: рушай за водою. Річ у тім, що кожна жива істота на Землі, від найдрібнішої бактерії до гігантського синього кита, виживає лише завдяки рідкій воді. Хоча інопланетне життя без води цілком можна уявити, почати пошук з речовини, що є простим молекулярним зв’язком між воднем і киснем, – це насправді непогане рішення.

У пошуках H₂O багато уваги приділяється зоні, придатній для життя, – вузькому кільцю навколо зірки, де температура дозволяє підтримувати воду у рідкому стані. Земля розташована якраз в цій зоні, тому більша частина води нашої планети не замерзає і не википає. Але зона, придатна для життя – не всеосяжний концепт.

“Щонайменше п’ять об’єктів у зовнішній Сонячній системі можуть мати внутрішні океани, – каже доктор Марк Фокс-Пауелл, астробіолог з британського Відкритого університету. Всі вони розташовані та тілах, що обертаються далеко за межами «традиційної» зони, придатної для життя. Три з цих океанів можна знайти під поверхнею на трьох місяцях Юпітера: Європі, Ганімеді та Каллісто. Можна сказати, що Юпітер має власну придатну для життя зону. Тут необхідне тепло надходить не від Сонця, а від гравітації Юпітера. Він то розширює, то стискає супутники, розігріваючи їх, ніби граючись в космічне йо-йо.

Хоча ми бували в системі Юпітера багато разів, ці супутники рідко були у фокусі уваги людства. “Востаннє ми були там, безпосередньо вивчаючи місяці, космічним апаратом Galileo в 1990-х роках”, – каже Фокс-Пауелл. Тоді центральним об’єктом дослідження був сам гігант. Однак тепер наступає ера JUICE – спеціальної місії, яка направиться до його льодових супутників.

Про космічний апарат

В основі місії JUICE – космічний апарат, побудований Європейським космічним агентством (ESA). Здалека він нагадує велетенського птаха, з сонячними панелями замість крил, що розгортаються по обидва боки від головного корпусу космічного апарату. Сонячне світло на Юпітері у тридцятеро слабше, ніж світло, яке досягає Землі, тому панелі повинні бути достатньо великими. Їх поверхня складає 85 м², що приблизно вдвічі менше за площу волейбольного майданчика.

Антена діаметром три метри надсилатиме зібрані JUICE дані назад до центру керування місією, хоча для того, щоб подолати понад півмільярда кілометрів до Землі, сигналу знадобиться майже дві години.

ESA планувало запустити JUICE у 2022 році, поки не розпочалася пандемія коронавірусу. Замість запланованої дати, ми весь цей рік будемо спостерігати шалену активність, адже ЄКА намагається надолужити час, втрачений під час карантину, і виконати останні підготовчі заходи, необхідні для запуску історичної для агентства місії вже у 2023-му.

Початковий план передбачав, що JUICE має пройти складний маршрут, зокрема п’ять прольотів повз Землю, Венеру та Марс, щоб використати гравітаційну силу планет для перенаправлення апарату до Юпітера. Ця подорож мала тривати довгі 7,5 років. ESA ще не розкрило всіх подробиць нового графіку польоту, але JUICE має прибути до Юпітера на початку 2030-х. Потрапивши туди, станція витратить щонайменше три роки на дослідження Європи, Ганімеда і Каллісто. В той же час до системи має прибути місія NASA, Europa Clipper, запуск якої наразі запланований на 2024 рік, а прибуття – на квітень 2030 року.

Місяці Юпітера

Про ці супутники людству відомо вже давно. Разом з Іо – найбільш вулканічно активним місяцем Сонячної системи – Європа, Ганімед і Каллісто складають так звані “галілеєві супутники”, які вперше побачив в телескоп італійський астроном Галілео Галілей на початку 17-го сторіччя.

З цієї трійці, на якій зосередить свою увагу JUICE, найбільше уваги привертає Європа. “Це, безумовно, обкладинка всіх галілеївих супутників”, – впевнений Фокс-Пауелл. Адже під її крижаною корою ховається океан, який вміщує більше рідкої води, ніж усі моря, озера і річки Землі разом узяті. Якщо в наших океанах є життя, то чи може воно зародитися на Європі?

Складність полягає в тому, що океан ховається під товстою корою з криги та льоду. “Ми не можемо отримати до нього прямий доступ”, – розповідає Фокс-Пауелл. Щоправда, вчені вважають, що крижана кора і рідка вода під нею – взаємодіють, подібно до того, як розплавлена порода під поверхнею Землі проривається назовні під час вулканічної активності. “Виходячи з цього, ми можемо досліджувати океани опосередковано, використовуючи речовини на поверхні”, – переконаний вчений.

Можливо, вдасться навіть відібрати зразок цього матеріалу, попри те, що JUICE не зможе здійснити посадку на Європу. Та космічний апарат все ж доставить до системи Юпітера 10 високоточних приладів, зокрема прилад з вивчення частинок навколишнього середовища (Particle Environment Package або PEP). “Він призначений для вивчення пилу та інших молекул, які були викинуті з поверхні, – каже Фокс-Пауелл. “Не виключено, що, якщо цей матеріал потрапив на поверхню з океанів, він може містити молекули, які вказують на наявність життя”.

Якщо в океанах Європи дійсно існує життя, то йому потрібне джерело енергії. Приховане під крижаною шкарлупою, воно не може отримати навіть крихті тієї сонячної енергії, що досягає системи Юпітера. Фокс-Пауелл бачить два потенційних варіанти. Система Юпітера – простір, заповнений інтенсивним радіаційним випромінюванням, магнітне поле Юпітера розкидає й закручує високоенергетичні частинки довкола.

“Будь-який матеріал з океанів, що опиниться на поверхні, відразу буде опромінений”, – підтверджує Фокс-Пауелл. Також опромінення гіганта змінює хімічний склад льоду. Одна з ймовірних гіпотез стверджує, що радіація розщеплює воду на водень й кисень, і цей кисень потенційно просочується назад в океан. Потенційні побічні продукти цих процесів – сполуки сірки. “Як нам відомо, на Землі вони підтримують мікробне життя”. JUICE допоможе нам дізнатися більше про досі невідому взаємодію океану і поверхні та про те, наскільки умови придатні для існування там життя.

З іншого боку, життя могло колонізувати дно океану. На Землі виникли цілі колонії організмів, які процвітають на морському дні без доступу до сонячного світла. Джерелом їхньої енергії стали гідротермальні зони – ущелини на океанічному дні біля розломів земних надр. JUICE допоможе нам побачити, наскільки геологічно активні надра Європи.

Шанс дослідити Каллісто

Хоча Європа привертає левову частку уваги громадськості, вона не є головною ціллю JUICE. Місія пролетить повз Європу лише двічі, натомість 12 разів минатиме Каллісто. Каллісто – найвіддаленіший з чотирьох супутників Галілея, тому на нього найменше впливають гравітація і радіація Юпітера. На відміну від Європи, поверхня якої постійно зазнає змін під впливом речовини, яка виривається з-під льоду, Каллісто має найстарішу поверхню в Сонячній системі. Незмінна протягом мільярдів років, вона вкрита мережевом ударних кратерів, більше ніж будь-яке інше тіло, що обертається навколо Сонця.

Астрономи підозрюють, що під незмінною поверхнею Каллісто лежить океан глибиною до 200 км. Саме тут і стане в нагоді один з інструментів програми JUICE. “Радар для дослідження крижаних супутників” (Radar for Icy Moons Exploration, RIME). Він надсилатиме радіохвилі, здатні проникати крізь крижані оболонки галілеєвих супутників на глибину до дев’яти кілометрів. З того, як радіохвилі відбиватимуться, вчені дізнаються більше про внутрішню будову небесного тіла.

Інший напрямок досліджень надасть інструмент “Гравітація та геофізика галілеєвих супутників” (Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons, 3GM). Він буде вимірювати гравітаційні поля Каллісто та інших крижаних супутників, що допоможе виявити, наскільки відрізняються структурні шари, зокрема шари води в різних агрегатних станах, розташовані всередині них.

JUICE також використовуватиме Каллісто для прискорення. Оператори місії використають гравітацію місяця, щоб збільшити нахил космічного апарату приблизно на 30°, аби він зміг краще вивчити полярні регіони Юпітера – джерела потужного та інтенсивного магнітного поля планети гіганта.

У пошуках магнітних полів

Саме явище магнетизму стало вирішальним для вибору головного «робочого місця», JUICE. Мова йдеться про Ганімед. Окрім десятка прольотів, космічний апарат також перейде на орбіту навколо Ганімеда і пропрацює там упродовж восьми місяців. Це буде перший випадок, коли космічний апарат із Землі обертатиметься не навколо власного місяця.

“Ганімед – найцікавіше тіло в Сонячній системі”, – переконана професорка Мішель Доерті з Імперського коледжу Лондона. “По-перше, він більший за будь-який інший місяць. Фактично, він більший за карликову планету Плутон або повноправну планету Меркурій. Як і Європа, він може мати підповерхневий океан, де зібрано більше води, ніж на всій Землі”.

Але головною принадою Ганімеда став його магнетизм. Він унікальний поміж супутників Сонячної системи тим, що має власне магнітне поле. Доерті працює головним науковим співробітником J-MAG – інструменту, встановленого на JUICE для вимірювання магнітних полів. J-MAG розташований на кінці 10,6-метрової стріли, щоб уберегти його від магнітних перешкод збоку самого космічного апарату. Його чутлива електроніка захищена свинцевим корпусом, щоб протидіяти інтенсивному випромінюванню Юпітера.

Відокремити магнітне поле Ганімеда від всеосяжного магнітного поля Юпітера досить складно, особливо з огляду на те, наскільки планета панує над своїми супутниками. “Це все одно, що намагатися знайти голку в стозі сіна”, – зауважує Доерті, – “адже вони весь час змінюють розмір, форму і колір”. Проте вона переконана, що команда впорається з цим викликом. Прольоти використають для тренувань, а дійсно важливі дані отримають вже після того як JUICE вийде на еліптичну орбіту навколо Ганімеда. “Результати будуть вражаючими”, – впевнена Доерті.

Чи з’явилось життя поза Сонячною системою?

Якщо вчена дійсно має рацію, то це буде вирішальним успіхом наприкінці довгого й звивистого шляху. Раніше Мішель брала участь в іншому флагманському проекті: місії Кассіні до Сатурна. Обговорення перспектив JUICE почалися по-справжньому десь у 2008 році, коли Кассіні вже знаходилась в системі Сатурна впродовж чотирьох років.

Проте правила гри змінив один із супутників Сатурна, Енцелад. “Моя команда сприяла відкриттю того, що на Енцеладі утворюються струмені водяної пари”, – розповідає Доерті. Вода з підповерхневого океану викидається в космос, доводячи, що рідку воду можна знайти за межами звичайної зони, придатної для життя.

“Знахідки на Енцеладі підтвердили нам, що варто зосередитися на дослідженнях супутників зовнішніх планет”, – каже Мішель. Незабаром виник план роздивитися ближче крижані супутники Юпітера. Не те, щоб все проходило просто. У якийсь момент під час пандемії, коли лабораторії закрилися, команда Доерті збирала частини J-MAG на власних кухонних столах. “Створення інструменту – це завжди стрес, але пандемія піднесла цей стрес на новий рівень”, – розповідає вчена.

Ці зусилля тим більше вражають, якщо врахувати, що команда врешті-решт вимушена буде знищити всі результати своєї фізичної праці. Приблизно в 2034 році у космічного апарату має закінчитися паливо. Без палива вчені більше не зможуть маневрувати у системі Юпітера. Тому команда зробить те, що вже раніше робила з космічними апаратами, такими як “Кассіні” або місією Месенджер до Меркурія – навмисно зруйнує його.

Зіткнувшись з поверхнею Ганімеда, JUICE поставить свій останній експеримент, щоб зрозуміти, з чого насправді складений цей гігантський супутник Юпітера. Час дослідження крижаних супутників Юпітера закінчиться, але вчені ще довго будуть вивчати цінні дані, зібрані JUICE. “Через 20 років наше уявлення про ці супутники буде абсолютно іншим”, – переконаний Фокс-Пауелл. “JUICE здійснить справжню революцію”. Можливо, ми нарешті дізнаємось, чи самотні в цій величезній і нерідко дивовижній Сонячній системі, а може й ні.

За авторством Коліна Стюарта

Опубліковано: 27 лютого 2022

Джерело