Европа давно известна как водный мир, и она не первый год привлекает к себе внимание астробиологов. Но на пути исследователей, ищущих белковые формы жизни, стоит не только космическое пространство и высокая радиация радиационного пояса Юпитера, но и толстая ледяная кора. По разным оценкам теория «толстой коры» предполагает толщину льда от 30 до 100 километров. Современными технологиями это расстояние преодолеть сложнее, чем миллиард километров вакуума.
Нынешний взгляд на строение Европы сформирован по данным Voyager, Galilleo и наблюдениям с Земли. Европа – это самый маленький из четырех «галилеевых» спутников Юпитера. Она отличается высокой яркостью и гладкостью поверхности. Причина такого облика – в очень молодой, по космическим меркам, ледяной коре, которая обновляется за счет тектонических процессов, похожих на земные. Гладкость поверхности является одним из косвенных доказательств наличия подледного океана, глубина, которого может достигать 100 километров. Таким образом, на Европе воды в два раза больше, чем на Земле. Ниже идет каменная мантия, а в центре предполагается металлическое ядро.
Считается, что рыжие пятна и полосы на Европе – это результаты выбросов воды через трещины и проломы во льду, а цвет возникает от железа и серы, растворенной в подледном океане. Всего три месяца назад ученые полагали, что такие выбросы происходили в древности, а к нашему времени уже прекратились.
В отличие от Земли, чьи недра, как считается, в основном нагревает радиоактивный распад, главный «обогреватель» на Европе – это приливное воздействие Юпитера. Притяжение планеты-гиганта вынуждает спутник то менять свою форму на яйцевидную, с приближением к Юпитеру, то возвращаться в шаровую по мере отдаления. Разумеется, эти колебания совсем незначительны и разница «яйца» и шара – всего в 30 метров, но деформация в масштабе всего спутника вызывает немалый нагрев, способный поддерживать океан жидкой воды.
В декабре 2013 года многолетние наблюдения Европы при помощи телескопа Hubble и его ультрафиолетового спектрометра, принесли неожиданный результат – оказалось, что ледяной панцирь спутника не монолитен. В моменты отдаления от Юпитера во льду у Южного полюса Европы открываются трещины. Из них вырываются гигантские струи воды, которые поднимаются на высоту 200 километров, а затем опадают на поверхность. Мощность выброса впечатляющая – до 5 тонн воды в секунду. Для сравнения, интенсивность гейзеров Энцелада – 200 килограмм в секунду.
Правда, неизвестна частота выбросов на Европе: за 15 лет обнаружили всего два извержения, но мониторинг осуществлялся не в постоянном режиме, поэтому, возможно, они происходят чаще.
Несмотря на эпизодичность выбросов, новое знание открывает новые возможности в исследовании Европы и поиске жизни в подледном океане.
Ранее рассматривались различные концепции и идеи преодоления ледяной преграды. Среди предложений были весьма экзотичные, вроде атомного реактора, которым предполагалось проплавить скважину и запустить под лед подводную лодку. Но для начала рассматривалась идея небольшого импактора, который надеялись просто загнать поглубже в лед, без надежды докопаться до жидкого океана. Дело дошло даже до испытаний.
Исследованию Европы при помощи бура и поискам внеземной жизни посвящен низкобюджетный фантастический фильм «Europa Report». Хотя, единственной заслугой фильма я бы назвал качественно изображенную невесомость на борту корабля, нельзя не приветствовать попытку современного кинематографа шагнуть дальше Марса.
Благодаря нынешнему открытию Hubble, вообще отпадает необходимость как в пилотируемой экспедиции, так и буровых работах. Теперь достаточно спланировать беспосадочную миссию. Аппарат должен вращаться на низкой орбите, ожидая, когда произойдет очередное извержение. В этот момент ему достаточно пролететь через струю, чтобы собрать образцы свежей воды. Таким способом конечно не порыбачить, но следы микроорганизмов или их жизнедеятельности в воде (точнее это уже будет снег) обнаружить можно. Полученные результаты позволят оценить вероятность внеземной жизни и шансы присутствия гигантских разумных кальмаров в океане Европы.
После открытия Hubble NASA решило выделить средства на запуск исследовательского космического аппарата Europa Clipper. Эта тяжелая и дорогая миссия предполагается к запуску в 2022–2025 годы. Зонд будет вращаться вокруг Юпитера, периодически сближаясь с Европой, так как представляют опасность радиационные пояса, в которых находится ледяной спутник. Возможно, сделают и небольшой посадочный модуль для изучения льда с поверхности.
Европейской космическое агентство тоже готовит экспедицию к Европе и ее соседям – JUICE – ее предполагается отправить только в 2022 году, а долетит аппарат к 2030-му, поэтому интрига сохранится надолго. Россия как-то собиралась исследовать Европу с поверхности, но не нашла возможности создания аппарата с достаточной радиационной защитой, поэтому перенацелилась на Ганимед, но до запуска еще далеко.
Вообще Европа, кажется, рекордсмен дальнего космоса по количеству отмененных миссий к ней. Сейчас у Юпитера работает зонд NASA Juno, но исследование спутников в его научную программу не входит.
Впрочем, для поисков внеземной воды и жизни на спутнике уже не обязательно лететь к Юпитеру. Вторую сенсацию в 2014 году подарила Церера при помощи инфракрасного телескопа Herschel. Анализ этой карликовой планеты позволил ученым Европейского космического агентства обнаружить выбросы воды и там.
Правда, здесь выделение воды оказалось гораздо скромнее, всего 6 килограмм в секунду. Зато удалось их точно локализовать. Выбросы осуществляются из двух круговых структур на одной широте, но в разных полушариях.
В начале 2015 года орбитальный зонд NASA Dawn достиг Цереры и значительно продвинул наши познания об этой карликовой планете, обнаружив на ней выбросы воды из двух круговых структур на одной широте, но в разных полушариях. Сегодня исследования продолжаются, и открытия еще могут произойти, однако с поверхности Цереру пока изучить нельзя, посадочных миссий пока никто не готовит.
9.2. Лунная форточка во Вселенную
Обычно тема Луны обсуждается в контексте исследования ее поверхности: осмотра с орбиты или работ луноходов или пилотируемой программы. Оказалось, наш единственный естественный спутник обещает новые возможности и радиоастрономии, которые позволят заглянуть туда, куда не смотрел еще никто. В обсуждении пользы лунной программы для радиоастрономии приняли участие Юрий Ковалев из АКЦ ФИАН, Леонид Гурвиц из объединенного института РСДБ в Европе (Joint institute for VLBI in Europe) и Михаил Могилевский из ИКИ РАН.
Заведующий лаборатории внегалактической радиоастрономии Астрокосмического центра Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Юрий Ковалев.
– Юрий, как вы относитесь к идее строительства обитаемой базы на Луне?
– Если коротко, то строить на Луне радиообсерваторию надо, но идти на Луну только ради этого несерьезно – слишком дорого. Однако если будет принято стратегическое решение, что Россия строит лунную базу, скажу: не поставить на Луне длинноволновый радиотелескоп – преступление. Сверхдлинноволновый диапазон – это единственное окно электромагнитного спектра, которое до сих пор не открыто. Сверхдлинные волны из космоса на Землю не проходят, они отражаются от ионосферы, соответственно, надо ставить телескоп за пределами Земли. Можно ставить на орбитальный аппарат (free flyer), можно ставить на Луне. В принципе, на Луне подороже будет. С другой стороны, если там база уже есть, то поставить телескоп, который отработает в течение очень долгого времени, можно и нужно.
– А почему на спутники не ставят?
– На спутники можно ставить, однако, вы понимаете, что мы говорим про большие размеры и большое количество приемников излучения. Длина волны порядка двадцати метров. И сколько тот спутник проживет? В то же время телескоп на Луне даже обслуживать особо не надо. Просто «разбросать» проволоку по поверхности. Почему Луна? Проблема не только в том, чтобы поставить на спутник, а в том, что нам нужно защититься от помех Земли – наша планета очень «горячая» в этом диапазоне.
– То есть нужно строить на обратной стороне?
– Да, Луна здесь рассматривается как защита сверхдлинноволнового радиотелескопа от излучения Земли. Он должен ставиться либо на обратной стороне, либо в кратеры на полюсах. Естественно, будет задача передать данные на Землю. Если вы ставите на обратной стороне Луны, вам нужен ретранслятор, и, скорее всего, это будет спутник. Если ставите на полюсах, то можно поставить ретранслятор на краю кратера. Варианты обсуждаются, включая реализацию телескопа на спутнике, летающем вокруг Луны: когда телескоп закрыт Луной от Земли и проводит наблюдения и, соответственно, когда открывается, сбрасывает данные на Землю.
Пока это обсуждается на уровне идей, которые нужно продумать и отработать. Это последнее оставшееся неоткрытым окно электромагнитного спектра в изучении Вселенной.
Несколько слов про возможные научные задачи. Начнем с исследования так называемой эпохи вторичной ионизации. Это еще одна потенциальная Нобелевская премия, из-за которой длинноволновая радиоастрономия последние годы получила сильнейший толчок в развитии и интересе мирового сообщества. Излучение водорода с разных космологических расстояний во Вселенной позволяет построить трехмерную карту Вселенной в линии нейтрального водорода. Чем дальше находится водород, тем, соответственно, длиннее волна. По значению для космологии это сравнимо с реликтовым излучением.
Космический телескоп ESA Planck и его карта реликтового излучения.
LOFAR, SKA и другие проекты занимаются изучением эпохи вторичной ионизации и картографированием нейтрального водорода на более коротких волнах. Под эту задачу будет также полезно иметь сверхдлинноволновый радиотелескоп.