Внутрішній океан Європи може бути важче досяжним, ніж вважалося раніше

Місяць Юпітера Європа завжди привертав увагу вчених, особливо після того, як зонди Voyager 1 та 2 пройшли через цю систему. На основі численних доказів, таких як "хаотичний рельєф" поверхні, індуковане магнітне поле та викиди з поверхні, науковці дійшли висновку, що Європа має океан глибоко в своєму нутрі. Крім того, є серйозні докази того, що на межі ядра та мантії відбувається гідротермальна активність, що свідчить про можливість існування життя в цьому внутрішньому океані.

На даний момент дві місії прямують до Європи, щоб дослідити її поверхню з орбіти та з'ясувати, чи може цей океан містити життя. Це місії ESA - Юпітерський дослідник крижаних місяців (JUICE) та NASA - Кліпер Європи. Якщо ці місії знайдуть потенційні докази біосигнатур, вчені сподіваються надіслати наступні експедиції для дослідження крижаного покриву та внутрішньої структури, такі як Ландер Європи та підводний апарат Deeper Access, Deeper Understanding (DADU).

Проте нове дослідження, очолюване науковцем Лужендрою Оджею з Університету Ратгерса, показує, що досягнення цього океану може бути складнішим, ніж раніше вважалося. Оджа, асоційований професор у Школі мистецтв і наук Ратгерса, працював разом з Анкітом Баріком, науковим співробітником з Університету Джонса Хопкінса, та Джейкобом Баффо, планетарним науковцем з Інженерної школи Тейера в Дартмутському коледжі. Їхнє дослідження нещодавно було опубліковано в Nature Astronomy.

Ця ілюстрація показує, як може виглядати внутрішня структура Європи, з товстим крижаним покривом і глибоким океаном. Крижані шари можуть містити водойми, а на дні океану можуть бути гідротермальні венти. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Одним з найбільш перспективних варіантів доступу до внутрішнього океану Європи є можливість використання тріщин у поверхневому льоді для досягнення потенційних резервуарів у льодовій оболонці. Якщо такі резервуари існують, це значно полегшить подальші місії виявити і/або отримати зразки з океану під поверхнею. Щоб перевірити цю теорію, Оджа та його колеги використали комп'ютерні моделювання, щоб з'ясувати, чи може рідка вода з внутрішнього океану Європи підніматися через тріщини в льоді та накопичуватися в неглибоких резервуарах ближче до поверхні.

Однак, якщо ці резервуари не пов'язані з океаном, вони можуть не надати жодних підказок щодо того, що відбувається в нутрі Європи. Оджа та його команда зосередилися на вузьких тріщинах або розломах (діках), які теоретично можуть дозволити воді з океану підніматися вгору до поверхні. Це узгоджується з криовулканізмом, який спостерігається на Європі та багатьох інших крижаних місяцях Сонячної системи (Церера, Енцелад, Титан та Тритон). Проте, замість того, щоб магма піднімалася через тріщини в кам'яній мантії, цей процес передбачає переміщення рідкої води через лід.

Результати дослідження показали, що шлях від глибокого океану до неглибокого льоду на поверхні, ймовірно, набагато складніший, ніж вважали вчені раніше. У попередніх дослідженнях моделі зазвичай припускали, що вода, що піднімається через лід Європи, рухалася відносно упорядковано. Однак моделювання Ратгерса вказує на те, що вода, швидше за все, буде рухатися турбулентно через тріщини в льоді, втрачаючи тепло при контакті зі стінками льоду. У міру охолодження води можуть утворюватися крижані кристали, які блокують шлях.

"Ця вода, яка піднімається, буде турбулентною," - зазначив Оджа. "Вона буде рухатися вліво і вправо, вгору і вниз, матиме закручений рух. І коли це відбувається, рідка вода охолоджується дуже швидко, коли наближається до поверхні." Моделювання показало, що за таких умов вузькі тріщини можуть замерзати протягом декількох годин. За ідеальних умов ширші тріщини можуть перенести велику кількість води до поверхні, але турбулентність робить ці сценарії набагато менш імовірними.

Концепція місії Кліпер Європи. NASA планує запустити цю місію в 2020-х роках. Джерело зображення: NASA/JPL

Отже, крижані покриви Європи повинні бути надзвичайно довгими або численними, щоб доставити достатньо води до резервуарів під поверхнею. Результати вказують на те, що якщо неглибокі резервуари присутні, вони, можливо, утворилися внаслідок локального нагрівання та танення, а не підйому з океану. Як підсумував Оджа:

"Ми хотіли з'ясувати, чи можлива ця подорож. Чи може рідка вода підніматися з глибокого океану Європи до поверхні, не замерзаючи по дорозі? Є крижана оболонка, під нею є вода, і всі ці спекуляції про те, як ця вода може підніматися з глибини і досягати поверхні без замерзання. Ось що, на нашу думку, ми спростували."

Якщо резервуари існують під поверхнею місяця, вони можуть не містити воду з океану Європи і могли утворитися локально внаслідок танення льоду в крижаній оболонці. Ці знахідки мають важливі наслідки для майбутнього вивчення Європи, включаючи JUICE та Кліпер Європи, які планують прибути до Юпітера в липні 2031 року та квітні 2030 року відповідно. Ці місії повинні надати більш детальний погляд на крижану оболонку та склад поверхні Європи, а також з'ясувати, чи існують неглибокі резервуари і якою є їхня структура.

"Наша робота свідчить про те, що крижані покриви Європи можуть бути більш надійною перешкодою між океаном і поверхнею, ніж раніше вважалося," - сказав Оджа. "Це допоможе майбутнім місіям інтерпретувати те, що вони знайдуть, і краще зрозуміти, де шукати ознаки можливості існування життя."

Додаткова інформація: Університет Ратгерса, Nature Astronomy