Рисунок 18. 40-футовый рефлектор. Рисунок Гершеля с посвящением королю Георгу III, сделанный для журнала Philosophical Transactions of the Royal Society, 1795 год
Кэролайн пережила брата на 27 лет. В 1828 году Королевское астрономическое общество наградило ее золотой медалью за работу по созданию каталога туманностей, над которым она трудилась после смерти брата, оставив наблюдения. Она стала первой женщиной, удостоенной такой чести, и на протяжении 170 последующих лет оставалась единственной женщиной, получившей столь высокую награду.
О том, что представляют собой спутники планет-гигантов, человечество не знало вплоть до конца XX века. Безусловно, газовые гиганты вызывали у астрофизиков большой интерес. Как вы увидели на примере экзопланет, данные, которые можно получить с Земли, дают лишь общее представление об изучаемом небесном теле.
Первой миссией человечества в далекий космос, сквозь Солнечную систему и дальше, стали экспедиции аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11», стартовавшие с Земли в 1970-х годах. Вслед за ними последовали аппараты серии «Вояджер». На пути прочь из Солнечной системы они, пересекая орбиты Юпитера и Сатурна, сделали фотографии планет-гигантов и некоторых из их спутников и получили ряд ценных научных данных. Этих сведений оказалось достаточно, чтобы начать готовить автоматические экспедиции к газовым гигантам: «Галилео» – к Юпитеру и «Кассини» – к Сатурну. В те времена ученые понимали, что им предстоит узнать много неожиданных вещей об этих планетах, но, наверное, никто не предполагал, что самые поразительные, порой даже шокирующие открытия будут связаны не с самими планетами, а с их, казалось бы невзрачными, спутниками. Согласно существовавшей тогда парадигме эти маленькие холодные миры считались чуть ли не самым скучным местом во Вселенной. Почему так? Давайте разбираться. Рассмотрим, к примеру, один из спутников Юпитера – Европу.
Европа – самый маленький из четырех так называемых галилеевых спутников и шестой по удаленности от Юпитера. Название, данное ему Галилеем[60], не прижилось, и сегодня этот спутник носит имя мифологической возлюбленной Зевса. Диаметр Европы меньше, чем диаметр Луны, а температура поверхности составляет –220 °C. За миллиарды лет, прошедших с момента образования спутника, недра должны были остыть, что исключает всякую тектоническую активность. Еще несколько десятилетий назад считалось, что Европа – это примитивное каменисто-ледяное тело.
Пролет «Вояджеров» мимо системы Юпитера дал возможность более точно, чем с помощью наземных телескопов, измерить альбедо Европы – отношение количества отражаемого поверхностью солнечного света к падающему на нее – и, соответственно, понять, из какого материала преимущественно состоит поверхность этого небесного тела. Им оказался обычный водяной лед (при столь низкой температуре поверхности он имеет прочность камня).
На снимках «Вояджеров» поверхность Европы выглядела неоднородной: на ней виднелись светлые и темные области. На тот момент чем это может быть вызвано, выяснить не удалось. Ответ появился в 1995 году, когда на фотографиях, полученных от зонда «Галилео», ученым открылся грязновато-ледяной мир, где равнины с разломами и метеоритными кратерами (которых, однако, было намного меньше, чем на других спутниках Юпитера) перемежались с равнинами, практически лишенными трещин и углублений. Но не это поразило исследователей больше всего. Все указывало на то, что под ледяной корой Европы есть океан жидкой воды. Поиски ответов на вопросы, как такое могло случиться и что из этого следует, дали мощный толчок для развития науки о внеземной жизни – астробиологии.
Рисунок 19. Изображение Европы, сделанное «Галилео»
Столь удивительное открытие удалось сделать, конечно же, не прямым, а косвенным методом. На наличие огромного водоема под поверхностью Европы указывало два факта. Первый состоял в том, что этим можно было объяснить столь необычный рельеф спутника. Так как не существовало никаких причин, по которым на одну область Европы падало бы меньше метеоритов, чем на другую, это означало, что некоторые участки поверхности луны являются более молодыми, чем другие.
Второй факт был связан с магнитным полем Европы, обнаруженным аппаратом «Галилео». Вообще, магнитное поле небесных тел генерируется, когда внутри них происходит постоянное движение какого-нибудь проводящего материала. На Земле и Меркурии источником магнитного поля является жидкое проводящее ядро, на Юпитере – движение металлического водорода[61]. Но что служит источником магнетизма на крохотном холодном небесном теле изо льда и камня? Единственный разумный ответ – подповерхностный соленый океан воды, объем которого больше, чем объем всех океанов Земли, вместе взятых.
Чистая, дистиллированная, вода сама по себе не проводит электричество, но соленая является прекрасным проводником. На Европе вода обогащается солями, скорее всего, за счет вымывания минералов из глубинных горных пород. Метеориты, падения которых раскалывают ледяной покров, служат дополнительным источником минералов. Ледяные «раны» со временем «залечиваются» новой водой, поступающей из глубин и обновляющей поверхность. Наиболее крупные трещины образовались, вероятно, под действием внутреннего «распирающего» давления океана на ледяной щит.
К сожалению, мы пока мало можем сказать о том, какой толщины ледяной панцирь Европы. Существует две его модели: толстого льда и тонкого льда. Согласно первой толщина льда составляет 5–20 км, согласно второй – всего несколько сотен метров. Какая модель правильная, мы сможем понять, узнав, сколько тепла генерируется в недрах Европы.
Сейчас не вызывает сомнений, что причиной таяния подповерхностного льда Европы является Юпитер. Никакой новой физики в этом явлении нет. Европа двигается вокруг планеты-гиганта по немного вытянутой орбите. Это означает, что на нее действуют приливные силы со стороны планеты, а недра подвергаются постоянной деформации. Подобно тому, как кусочек пластилина разогревается, если его мять, разогревается и внутренняя часть Европы, что приводит к таянию льда и позволяет поддерживать температуру растопленной воды всегда выше точки замерзания. Движение луны по вытянутой орбите сквозь магнитное поле Юпитера генерирует электрические токи в образовавшемся океане, а уже эти токи создают магнитное поле, которое и обнаружил «Галилео».
Еще одним доказательством существования подповерхностного океана служат выбросы воды в космос. В 2012 году телескоп «Хаббл» наблюдал шлейф, оставленный одним таким выбросом, вблизи южного полюса Европы. Его высота, по оценкам специалистов, составляла 200 км, причем гейзер извергал воду со скоростью около 5 т/с. В 2018 году американские ученые получили еще одно свидетельство наличия гейзеров на Европе. Предметом их внимания стали данные, которые прислал на Землю «Галилео». Выяснилось, что показания магнитометра и плазменного спектрометра свидетельствуют о том, что еще в 1997 году «Галилео» пролетел сквозь облако, оставленное одним таким выбросом. Если бы 20 лет назад мы могли правильно интерпретировать показания этих приборов, то уже тогда узнали бы о водяных шлейфах Европы.
Рисунок 20. Изображение Энцелада, сделанное «Кассини»
Обнаружение океана жидкой воды на задворках Солнечной системы вызвало ажиотаж у постоянных читателей научных изданий. Возможность наконец-то найти внеземную жизнь не в далеком космосе, а буквально у себя под носом выглядела очень привлекательной. Казалось, теперь свидетельства ее существования можно будет получить, даже не пробуривая множество километров льда, а лишь с помощью тщательного анализа выброшенного в космос вещества. Таким образом, всего за несколько лет Европа из скучнейшего места во Вселенной превратилась в одно из самых перспективных тел Солнечной системы, где могли быть найдены инопланетяне[62]. Исследуя магнитосферы других спутников Юпитера, «Галилео» обнаружил также, что еще два из них, Ганимед и Каллисто, имеют подповерхностные океаны. К сожалению, ни на одном из них не зафиксированы выбросы гейзеров.
Научная программа «Галилео» завершилась в 2003 году: зонд сгорел в атмосфере Юпитера, чтобы исключить возможность «заражения» поверхностей его спутников земными микроорганизмами, если те смогли выжить в течение 14 лет в глубоком космосе.
В одном ряду с Европой – как местом, где потенциально есть жизнь, – стоит Энцелад, спутник Сатурна, открытый Уильямом Гершелем в 1789 году. Энцелад в три раза меньше Европы – его диаметр равен всего 500 км. Пролетая мимо Энцелада в 1980 году, «Вояджеры» сделали множество фотографий спутника. Обнаружилось, что он отражает почти весь падающий на него свет – около 90 %, даже больше, чем Европа, – и имеет разнообразный рельеф с участками, покрытыми разломами и кратерами, а также равнинами, практически лишенными и того и другого. Инфракрасные камеры «Вояджеров» подтвердили догадку о том, что поверхность Энцелада состоит из водяного льда. Однако следующий этап в изучении спутника начался лишь спустя 25 лет.
В 2004 году межпланетная станция «Кассини» добралась до системы Сатурна, а в 2005 году впервые облетела Энцелад. Ученые обнаружили, что силовые линии магнитного поля Сатурна как бы упираются в Энцелад, а не проходят сквозь него, как должны были бы, будь это примитивное мертвое тело – остывший кусок льда и камня. Объяснить подобное явление могло бы наличие атмосферы на спутнике. В итоге у «Кассини» изменили программу полета и направили его на орбиту Энцелада высотой всего 170 км. Но вместо атмосферы ученые увидели в южной полярной области спутника шлейфы воды, смешанной с азотом, аммиаком и органическими веществами. Они образовались так же, как на Европе, – это гейзеры, бьющие на сотни километров вверх. Часть воды оседает на поверхность в виде ледяных частиц, а часть уносится в пространство. Более того, эти выбросы даже сформировали одно из колец Сатурна.