Жизнь на спутнике европа. Возможна ли жизнь на Европе? Будущие исследования спутника Юпитера Европы

Есть такое занятие — мысленный эксперимент, полезное и в науке, и в жизни. Давайте поэкспериментируем насчет способности разумных существ познавать мир, находясь в жутко неудобном для этого месте. Попробуем мысленно переместиться на Европу — четвертый по размеру из спутников Юпитера. Опустимся под ее многокилометровую кору, в подледный океан. Для познания мира хуже места не придумаешь, ведь «небо» здесь — действительно твердь, причем практически непроницаемая. Тем не менее воду на Европе подогревает приливное трение, которое возникает под действием притяжения огромной близкой планеты. Но если есть жидкая вода, то почему бы не быть и тем, кто в ней плавает?

Пусть под ледяным панцирем спутника родилась и развивалась цивилизация европеан. Они обитают во мраке, где заметным источником света может быть разве что биолюминесценция, а для ориентации пользуются эхолокацией, которая эффективна лишь на ограниченной дистанции. Но смогли бы европеане догадаться, что живут на круглом теле? Что надо льдом простирается бескрайний космос, что есть Юпитер и Солнце? Подумаем, как могла бы развиваться их космология — а заодно лучше разберем некоторые концепции и принципы научного познания.

Как европеане поняли, что мир круглый

Живя во мраке, жители подледного океана всегда испытывали проблемы с дальней навигацией. Отсутствие базовых ориентиров — звезд и Солнца — сильно задержало эпоху Великих географических открытий, пока европеане не догадались устанавливать цепочки акустических маяков. Ориентируясь по их опорным сигналам, путешественники далеко раздвинули пределы «цивилизованного мира», открыв подводные вулканы и дикие племена, нанесли на карту новые горные хребты и плодородные вулканические кальдеры… Наконец, были подготовлены и снаряжены знаменитые экспедиции кораблей «Кальмар» и «Медуза», которые направились в перпендикулярных направлениях — к гипотетическим краям Мира. Шло время, но экспедиции канули как в воду Океана

Наконец от «Медузы» пришло экстренное сообщение, закодированное серией мощных гидравлических ударов: она пересекла цепочку маяков, оставленных «Кальмаром». Их перпендикулярные маршруты пересечься никак не могли, поэтому европеане сочли, что эта партия окончательно заблудилась, и уже приготовились оплакивать судьбу первопроходцев, как после долгой тишины в «центре» услышали обычные акустические сигналы экспедиций, а вскоре появились и сами корабли, целые и почти невредимые, но вернувшиеся в исходную точку с противоположных сторон. Посовещавшись, ученые решили, что те просто сбились с пути из-за неточностей в установке маяков и, описав круги, вернулись к началу.

Для выяснения причин навигационной ошибки была организована комиссия, которая подготовила настолько объемный и запутанный отчет, что разобраться в нем никто и не пытался. Пока один инженер не придумал навигационный гироскоп — инструмент, способный сыграть роль компаса и проверить всё в эксперименте. Создание громоздкого прибора профинансировала ассоциация судовладельцев, давно мечтавшая избавиться от пошлин за пользование акустическими маячками, — и работа закипела. Но при первом же запуске гироскопа инженеры обнаружили странный эффект: ось аппарата не держала направление, она медленно поворачивалась, описывая конус — словно вопреки закону сохранения вращательного момента.

Попытки исправить досадную ошибку не помогли, и инженеры обратились к известному специалисту в области теоретической механики. И тут наступил момент истины: оба факта — и странности путешествия «Медузы» с «Кальмаром», и прецессия оси гироскопа — сложились в голове ученого вместе. Они легко объяснялись одним, хотя и невероятным фактом: Мир — это вращающийся шар, а прецессия указывает на период и ось его вращения.

По некоторым данным, сквозь трещины в коре Европы бьют мощные гейзеры. Когда-нибудь эти разломы послужат «воротами», через которые европеане выглянут в космос.

Как европеане узнали про Юпитер и Солнце

Вспомним, что для жителей великого Океана эхолокация — основной источник данных об окружающем мире. В ней европеане достигли большого мастерства, научившись точно измерять высоту ледяного панциря над собой. В ходе большого исследовательского проекта «Небесное дыхание» было показано, что лед периодически поднимается и опускается. Причем амплитуда этих колебаний разная, максимальна она в определенных — противоположных друг другу — точках Океана, а период в точности совпадает с периодом прецессии гироскопов. Вот как объяснил эти эффекты европеанский физик, руководитель «Небесного дыхания»: «Представьте, что моя голова направлена по оси вращения Мира, а руки я вытягиваю в плоскости экватора. Я — наш круглый Океан и вращаюсь вокруг Большого Аттрактора, оставаясь повернутым к нему всегда одной стороной, лицом. Аттрактор тяжелый, он-то и вытягивает меня по направлению к себе своей гравитацией. Моя орбита не круговая: вот здесь я приближаюсь к Аттрактору, и он вытягивает меня сильнее, а здесь удаляюсь и становлюсь более круглым»… Европеане открыли Юпитер, даже не видя его.

Толщина ледяного панциря Европы измеряется километрами, а возможно, и десятками километров. Через такую оболочку может проникнуть лишь ничтожное количество света, и дальнейшее развитие европеанской космологии потребовало разработки совершенных фотоумножителей. Знакомая местным ученым биолюминесценция, желание «усилить» и использовать это явление природы вполне могло привести к развитию оптических технологий и появлению достаточно чувствительных приборов. Установленные на внутренней стороне ледяного щита, они позволили провести долгие наблюдения и собрать достаточно данных для того, чтобы вычленить из массы шума периодический сигнал и обнаружить источник света, вращающийся далеко за пределами их Мира. Европеанские ученые с удивлением обнаружили, что период этого сигнала отстает от установленного времени «гироскопических суток» на небольшую, но постоянную величину — 1/1220. Иначе говоря, движение источника излучения отстает на один оборот за 1220 суток Европы. Объяснить это можно лишь тем, что где-то далеко вокруг Большого Аттрактора вращается отдельный неведомый источник света либо сам Большой Аттрактор вращается вокруг чудовищно далекого и массивного светила. «Судя по тому, что Внешний Источник своим тяготением никак не сказывается на вращении нашего Мира вокруг Аттрактора, он очень-очень далеко, — сказал руководитель проекта. — Но он же и очень ярок, ярче всего, что мы можем вообразить. Надо думать, что и масса у него огромная — и, видимо, именно мы с Аттрактором вращаемся вокруг него, а не наоборот».

Подробнее астрономия европеан разобрана в книге Бориса Штерна «Прорыв за край мира», откуда и взяты некоторые фрагменты статьи в слегка измененном виде. Этим вымышленным существам явно тесно на страницах рассказа про космологию, где они зажаты между главами о фазовых переходах в ранней Вселенной и механизме космологической инфляции. Несмотря на свой предположительно страшный вид, европеане в целом симпатичны, упорны, любознательны и заслуживают отдельной книги, где им будет свободней.

Как европеане догадались о соседних мирах

Следующий прорыв европеанской астрономии связан с другим большим научным экспериментом, проектом «Второе дыхание», в котором использовались датчики новых поколений. Прикрепив к ледяному «небу» своего Океана акустические маяки, местные ученые измерили горизонтальные и вертикальные движения льда с недоступной прежде точностью и разложили их на периодические гармоники. Суточные колебания были понятны: они связаны с отклонениями оси вращения Мира при движении вокруг Аттрактора. Их значение позволило рассчитать эксцентриситет, вытянутость орбиты, а разница между силой деформаций льда в ближней и дальней от Аттрактора точках указала на его массу и расстояние до него.

Однако, помимо суточных приливов, в движениях льда обнаружились и другие гармоники, например продолжительностью примерно вдвое меньше «гироскопических суток». Объяснить их возможно было лишь тем, что на ледяную кору действует притяжение чего-то третьего. «И это нечто, — историческая речь, на которой была озвучена находка, сохранилась в многочисленных записях и воспоминаниях, — это нечто — другой Мир, двойник нашего, движущийся вокруг Большого Аттрактора по орбите меньшего радиуса, с периодом ровно в половину суток». Аналогичные гармоники указали и на другие «малые аттракторы» — так европеане открыли Ио, Ганимед и Каллисто.

Вместо послесловия

Даже европеане — существа, практически неспособные увидеть что-либо за пределами своей ледяной оболочки, — сумели узнать немало об окружающем их космосе. Мы, земляне, можем заглянуть гораздо дальше, и существование четырех крупных спутников далекого от нас Юпитера обнаружил еще Галилей. Но есть области, закрытые и от нас чем-то вроде ледяного панциря. Самая прямая аналогия — сфера последнего рассеяния реликтового излучения.

Это плазма ранней Вселенной, которая сделалась прозрачной лишь через 380 000 лет после Большого взрыва. Из более древних времен до нас не доходит ни один сигнал, который мы могли бы принять. Но астрономы наблюдают за легкой рябью на этом «плазменном панцире» и, упрощенно говоря, раскладывают ее на гармоники, так, как это делали с колебаниями ледяной оболочки подледные ученые Европы. Благодаря этому мы уже узнали немало о молодой Вселенной, о механизме ее возникновения, о ее самых первых мгновениях, о составе и даже — косвенно — о существовании бесконечного множества других вселенных, пробиться к которым нам никогда не суждено.

МОСКВА, 26 сен - РИА Новости. Орбитальная обсерватория "Хаббл" получила уникальные фотографии того, как на поверхности Европы, спутника Юпитера, возникают и извергаются гейзеры, сообщили ученые на пресс-конференции в штаб-квартире НАСА.

"Мы нашли новые свидетельства того, что на Европе присутствуют гейзеры, выбросы которых попадают в космос. Наши новые и предыдущие данные наблюдений показывают, что под поверхностью этого спутника Юпитера существует подледный соленый океан, скрытый от нас под несколькими километрами льда. Открытие гейзеров говорит о том, что мы можем изучать его содержимое, наблюдая за их выбросами, и пытаться понять, присутствует ли в них жизнь", — заявил Уильям Спаркс (William Sparks) из Института космического телескопа в Балтиморе (США).

Как позже отметили в НАСА, отвечая на вопросы корреспондента РИА "Новости", зонд Juno, несмотря на наличие мощных инструментов и возможностей для наблюдения за этими гейзерами, не будет проводить их, так как НАСА опасается, что эта автоматическая станция может загрязнить выбросы гейзеров и создать ложное впечатление, что в них могут присутствовать органические молекулы, и, потенциально, микробы, которые на самом деле попали на орбиту Юпитера с Земли.

Мир льда и пламени

На Европе — одном из четырех крупнейших спутников Юпитера, открытых еще Галилеем, под многокилометровым слоем льда существует океан жидкой воды. Ученые считают океан Европы одним из вероятных прибежищ внеземной жизни. В последние годы астрономы выяснили, что этот океан обменивается газами и минералами со льдом на поверхности, а также подтвердили наличие в нем веществ, необходимых для существования микробов.

Как рассказал Спаркс, первые возможные следы существования гейзеров на Европе были найдены еще в 2012 году, когда американский астроном Лоренц Рос (Lorenz Roth) обнаружил на ультрафиолетовых фотографиях Европы, полученных при помощи "Хаббла", следы необычных "светлых пятен" в районе южного полюса планеты. Рос и его команда посчитали эти пятна извержениями гейзеров, поднимающихся на высоту в 200 километров от поверхности Европы.

Эти наблюдения привлекли внимание ученых из НАСА, и они провели в 2014 году несколько дополнительных сессий наблюдений за Европой, наблюдая за ней в тот момент, когда планета проходила по диску Юпитера, на фоне которого выбросы гейзеров должны были быть особенно заметны. Европа является одним из самых близких спутников к Юпитеру, благодаря чему она проходит по диску каждые 3,5 дня, что упростило наблюдения.

В общей сложности НАСА изучило десять подобных проходов Европы. Как отметил Спаркс, "Хабблу" удалось увидеть подобные следы в ультрафиолетовом диапазоне и оптические вспышки, потенциально связанные с извержениями гейзеров, на трех подобных снимках. Как и в случае с наблюдениями Роса, большая часть вспышек на них была сконцентрирована на южном полюсе планеты, однако на одной фотографии ученые заметили возможные следы существования гейзеров в окрестностях экватора Европы.

Пока ученые не готовы заявить, что они действительно нашли гейзеры, так как, по словам Спаркса, данные наблюдения находятся на пределах разрешения и возможностей "Хаббла". Запуск его наследника, телескопа "Джеймс Уэбб", поможет поставить точку в этом вопросе.

© From Schmidt et al., “Active formation of chaos terrain over shallow subsurface water on Europa”, Nature, 2011. Так художник представил себе формирование "полыньи" в льдах Европы

© From Schmidt et al., “Active formation of chaos terrain over shallow subsurface water on Europa”, Nature, 2011.

Есть ли жизнь на Европе?

Если гейзеры на Европе действительно существуют, то тогда их существование дает нам шанс изучить содержимое океана этого спутника Юпитера, не погружаясь в него, в том числе и оценить его пригодность для жизни. Помимо самих выбросов, поверхность Европы тоже будет интересна ученым, так как она будет покрыта извержениями гейзеров и материей ее подледного океана.

Почему гейзеры на Европе извергаются относительно редко? Как считает Бритни Шмидт (Britney Schmidt) из университета штата Техас в городе Остин (США), одна из участниц открытия, причина этого кроется в том, что приливные силы, вырабатываемые Юпитером и разогревающие недра Европы, недостаточно сильны для того, чтобы постоянно раскалывать ее ледовый щит.

Гейзеры, как предположила Шмидт еще в 2011 году, возникают в своеобразных "полыньях", которые возникают в результате разогрева льдов Европы под действием приливных сил и извержения подледных вулканов. Такие "полыньи" замерзают очень быстро, за несколько десятков тысяч или сотен тысяч лет, и это может объяснять то, почему гейзеры на Европе извергаются крайне нерегулярно.

По словам Курта Нибура (Kurt Niebuhr), руководителя готовящейся миссии "Европа-Клипер", потенциальное открытие гейзеров увеличивает интерес к этой планете, однако ученым нужны дополнительные данные для того, чтобы понять, насколько опасны будут эти гейзеры для зонда и как их можно изучать. Поэтому он предлагает дождаться запуска "Джеймса Уэбба" для того, чтобы понять, стоит ли устанавливать инструменты для забора воды и льда на "Европу-Клипер" или нет.

Европа – это спутник планеты Юпитер, который является одним из наиболее известных. Его покрывает лед, слой которого очень толстый, но именно под ним, скорее всего, находится океан. В результате возникает надежда на то, что именно там есть жизнь, пусть и примитивная. Кроме того, в пустотах ледяной коры есть многочисленные озера, как это есть и в Антарктиде.

Данные результаты удалось получить после того, как были проведены специальные исследования с использованием зонда Galileo. Этот зонд был запущен в далеком 1989 года, и с того времени ученые постоянно наблюдали за планетой Юпитер, а также окрестностями. Аппарат закончил работать в 2003 году, после чего жители Земли получили несколько десятков гигабайт ценной информации, а также больше, чем 14 тысяч снимков Юпитера и спутников. В настоящий момент полученные данные продолжают анализироваться.

Благодаря наблюдениям за спутником Европа удалось установить, что есть определенные геологические, а также орбитальные особенности. Их можно объяснить только благодаря тому, что есть океан скрытый плотным льдом. К тому же количество воды значительное, по сравнению со всеми океанами планеты Земля. Итак, Европа полностью покрыта водой, глубина которой достигает несколько сотен километров. Дело в том, что верхний слой, а именно 10-30 километров, превратились в ледяную корку.

Тем не менее, кора, скорее всего, похожа на дырявый сыр, в полостях которого находятся многочисленные озера, напоминающие скрытые озера Антарктиды. Данный вывод был сделан учеными, работающими под руководством профессора Дональда Бланкешипа. Ученые изучали фотографии, которые были получены и смогли проанализировать необычные структуры спутника. Эти структуры очень выделяются на общем фоне, являющимся гладким, ведь они сформированы округлыми. Таким образом, лед располагается хаотично. Ученые учитывали, что подобные образования есть и на нашей планете, но только в ледниках, которые покрывают потухшие вулканы.

Авторы решили, что на спутнике могут появляться такие структуры, потому что теплообмен между слоем льда и водой, которая находится под ним, является активным. Данный теплообмен может приводить к тому, что происходит обмен различных химических веществ, а также энергией между ледовой поверхностью и другими слоями Европы, а поэтому там, вероятнее всего, есть жизнь.

Предлагаем представить спутник Европу, который является большой ледяной корой, размещенной над океаном. Температура льда составляет -170C, но дно чуть-чуть теплее. Конечно, данная разница заметна только с точки зрения геологии. От скрытого океана могут подниматься «тепловые пузыри», но в тоже время они тратят собственную энергию на то, чтобы лед начал таять, в результате чего образуются пустоты.

Лед постепенно истончается, теряет стабильность. Лед деформируются из-за приливных сил, направляемых соседней большой планетой, начинает трескаться. Тонкие участки разрушаются, а вместо них появляются ледяные блоки большого размера. Через возникшие промежутки в глубину двигаются вещества, в которых содержится значительное количество солей. Постепенно эти вещества достигают озера, расположенного подо льдом. Впоследствии блоки вновь застывают, а на поверхности спутника возникают многочисленные хаотические нагромождения. «Пузырь тепла» теряет собственную энергию, а подледное озеро становится холодным и постепенно превращается в лед.

В действительности это только теория. Только специальная космическая миссия позволит подтвердить необычную структуру спутника Европы, которая включает подледные озера, огромный океан. Данный проект назвали Planetary Science Decadal Survey и он будет реализовываться в 2013-2022 годах.

Спутник Юпитера Европа. NASA

Второй из галилеевых спутников, Европа , по размеру несколько меньше нашей Лу­ны. Галилей назвал открытый им спутник в честь царевны Европа, похищенной Зевсом-быком.

Диаметр Европы 3130 км, а средняя плотность вещества - около 3 г/см 3 . Она покрыта водяным льдом. Повидимому, под ледяной коркой толщиной в 100 километров существует водный океан, который покрывает силикатное ядро. Поверх ность испещрена сетью светлых и темных линий: повидимому, это трещины в ледяной коре, возникшие в результате тектонических процессов Их толщина иногда превосходит сотню километров, а длина достигает нескольких тысяч километров. На поверхности Европы практически отсутствуют кратеры, что говорит о молодости поверхности спутника – сотни тысяч или миллионы лет. На ней нет возвышенностей более 100 м высотой. Ширина разло мов составляет от нескольких километров до сотен километров, а протяжен ность достигает тысяч километров. Оцен ка толщины коры колеблется от нескольких километров до десятков километров. В недрах Европы также выделяется энергия приливного взаимодействия, которая поддерживает в жидком состоянии мантию - подледный океан, возмож но, даже теплый. Неудивительно поэтому, что есть предположение о возможности существования в этом океане простейших форм жизни. Судя по средней плотности спутника, под океаном должны быть силикатные породы. Поскольку кратеров на Европе, имеющей довольно гладкую поверхность, очень мало, возраст деталей этой оранжево-коричневой поверхности оценивается в сотни тысяч и миллионы лет. На снимках высокого разрешения, полученных «Галилео», вид ны отдельные поля неправильной фор мы с вытянутыми параллельными хребтами и долинами, напоминающими шоссейные дороги. В ряде мест выделяются темные пятна: скорее всего, это отложения вещества, вынесенного из-под ледяного слоя.

По мнению американского ученого Ричарда Гринберга, условия для жизни на Европе следует искать не в глубоком подледном океане, а в многочисленных тре­ щинах. Из-за приливного эффекта трещины периодически сужаются и расширяются до ширины 1 м. Когда трещина сужается, вода океана уходит вниз, а когда она начинает расширяться, вода поднимается по ней почти до самой поверхности. Сквозь ледяную пробку, мешающую воде достичь поверхности, проникают солнечные лучи, неся энергию, необходимую живым организмам.

7 декабря 1995 года космическая станция «Галилео» вышла на орбиту Юпитера, что позволило начать уникальные исследования его четырех спутников: Ио, Ганимеда, Европы и Каллисто. Магнитометрические измерения показали существенные возмущения магнитного поля Юпитера вблизи Европы и Каллисто. По-видимому, выявленные вариации магнитного поля у спутников объясняются наличием «подземного» океана с соленостью, близкой к солености океанов Земли (37,5 ‰). Возможное существование подземного водного океана на Европе дискутируется уже более двух десятилетий. Аккреционные, радиогенные и приливные источники тепла на спутнике достаточно мощны, чтобы стать причиной обезвоживания глубинных слоев и формирования приповерхностного слоя воды толщиной более 100 км. Гравитационные измерения, проведенные аппаратурой станции «Галилео», подтвердили дифференциацию тела Европы: твердое ядро и водно-ледяной покров толщиной около 100 км, хорошо отражающий солнечные лучи. Возможно, этот океан даже теплый: существуют предположения о существовании в нем примитивных форм жизни. Планируются международные экспедиции для исследования предполагаемых океанов Европы.

Учёные периодически просматривают старые данные, которые хранятся в архивах, чтобы попытаться разобрать их с помощью новых современных исследовательских методов. Не так давно сообщалось о том, что по данным аппарата “Галилео” удалось на спутник Ганимед. Теперь дошла очередь и до спутника Юпитера под названием Европа. Учёные в очередной раз пытаются понять, есть ли у него компоненты, способные поддерживать существование жизни. Новый анализ старых данных предоставляет независимые свидетельства того, что подповерхностные океан Европы может выбрасывать газовые струи выше ледяного покрова.

Данные, собранные космическим аппаратом “Галилео” в 1997 году были проанализированы с помощью новых и усовершенствованных компьютерных моделей, предназначенных для разгадки странного явления, которое является необъяснимым до сих пор. Речь идёт о странном, локализованном изгибе магнитного поля. Предыдущие изображения в ультрафиолетовом диапазоне, полученные телескопом “Хаббл” в 2012 году, указали на наличие газовых следов, но тогда это открытие было не точным. А этот новый анализ, основанный на старых данных, сумел практически определить источник этих газовых выбросов, точно подтвердив, что эти струи присутствуют. Результаты этих исследований опубликованы в издании Nature Astronomy.

Это исследование проводилось во главе с Сяньчжэ Цзя, астрофизиком в Мичиганском университете, который является ведущим автором статьи в журнале. Цзя также является разработчиком двух инструментов, которые будут установлены на борту будущей миссии Europa Clipper.

“Эти данные всегда были там, но нам требовалось более сложное моделирование, чтобы понять эти наблюдения”.

Команда Цзя была вдохновлена на эту работу ещё одним участником научной группы – Мелиссой Макгарт из Института SETI в Калифорнии. Мелисса также является участником группы Europa Clipper, она предоставила своим коллегам другие наблюдения за Европой от космического телескопа “Хаббл”.

“Одно из её сообщений стало для нам как будто ударом. Оказывается, “Галилео” фактически пролетел точно над тем местом, которое нас интересует. И до сих пор это был самый близкий пролёт из всех, которые когда-либо совершались. После этого мы поняли, что нам надо вернуться к анализу старых данных. Мы должны были точно понять, было ли что-нибудь в той информации относительно газовых струй”.

Во время сближения с Европой в 1997 году “Галилео” пролетел на 200 километров выше поверхности спутника Юпитера. В то время научная команда станции не подозревала, что аппарат мог задеть газовый выброс, прорвавшийся из ледяного спутника. Когда астрономы исследовали информацию, собранную во время сближения 21 год назад, данные высокого разрешения от магнитометра показали что-то странное. Опираясь на то, что учёные узнали из исследования газовых струй на спутнике Сатурна Энцеладе (что материал в этих струях становится ионизированным и оставляет характерную подпись в магнитном поле”) исследователи знали, что им надо искать. И вполне естественно, что они это нашли – локализованный изгиб в магнитном поле, которое раньше никак нельзя было объяснить.

“Галилео” нёс на борту мощный спектрометр плазменных волн PWS, который должен был измерить волны плазмы, вызванные присутствием заряженных частиц в газах вокруг атмосферы Европы. Команда Цзя подняла и эти старые данные, которые также поддержали теорию о газовых следах.

Иллюстрация художника, на которой показан Юпитер и Европа (на переднем плане) с космической станцией “Галилео” после сближения со спутником.