Смертельный уровень радиации лишил спутник Юпитера кислорода

Европа — четвертый по размеру спутник Юпитера и одно из немногих тел в Солнечной системе, покрытых коркой льда, под которой скрывается океан жидкой воды. Именно поэтому она так интересует астрономов. Но хватает ли океану полезных элементов? Как показало новое исследование ледяной поверхности спутника, кислорода там маловато.

Ледяная корка Европы находится под постоянным и чрезвычайно мощным воздействием космических лучей. Причина — соседство со сверхмощной магнитосферой Юпитера, насыщающей пространство рядом с планетой огромным количеством частиц заметных энергий. Суточная доза на поверхности Европы — 5,4 зиверта. То есть большинство людей в таком месте умерли бы от последствий облучения, пробыв там всего сутки.

Заряженные частицы разбивают молекулярные связи в H₂O. После пересоединения образуются преимущественно молекулярные водород H₂ и кислород O₂. Теоретически часть этого кислорода попадает в подледный океан, часть остается на поверхности, а часть улетает в атмосферу.

Ученые уже пробовали оценить состав атмосферы и количество выделяемого так кислорода по данным наблюдений и компьютерным моделям. Вот только разброс «производства» получался огромным: от 5 до 1100 килограммов кислорода в секунду. Аппарат «Юнона», подлетевший к Юпитеру в 2016 году, смог впервые напрямую собрать данные, необходимые для такого анализа.

В сентябре 2022 года аппарат «Юнона» приблизился к Европе на расстояние 353 километра. Его инструмент JADE, предназначенный для исследования магнитосферы и полярных сияний Юпитера, уловил и проанализировал количество ионов в атмосфере спутника — заряженных частиц, образовавшихся от взаимодействия космического излучения с атмосферой.

На основе этих данных Джейми Залэй (Jamey Szalay) из Принстонского университета (США) и его коллеги из других университетов вычислили точный объем нейтрального водорода H₂, который теряет атмосфера Европы — 1,5 ± 0,8 килограмма в секунду. А нейтральный водород — хороший индикатор эволюции ледяной корки спутника.

Предположив, что весь этот H₂ прилетает от распада молекул воды во льду, авторы рассчитали, что в том же процессе должно выделяться примерно 12 ± 6 килограммов молекулярного кислорода O₂ в секунду. И это в лучшем случае, ведь авторы исходили из того, что так образуется весь атмосферный H₂, вычисленный по данным «Юноны». По некоторым компьютерным моделям, ледяная корка должна была давать больше тонны кислорода в секунду. А оказалось, что не более 18 килограммов.

Опираясь на результаты моделирования из других работ, авторы новой статьи, опубликованной в журнале Nature Astronomy, сделали вывод, что молекулярный кислород способен образовывать на поверхности Европы лишь тонкий слой.

Сколько же попадает в подледный океан? По оценкам из других исследований, диапазон «протекающего» сквозь ледяную корку кислорода может варьироваться от 0,3 до 300 килограммов O₂ в секунду. Новый результат — максимум 18 килограммов «производимого» O₂ в секунду — накладывает гораздо более строгие рамки.

Теоретически, если в далеком прошлом «производство» кислорода было гораздо более высоким, то в ледяной коре могли сохраниться целые его резервуары, «питающие» подледный океан. Если это не так, то в океане не могли сложиться благоприятные условия для аэробной жизни. Впрочем, стоит помнить о том, что для анаэробной бактериальной жизни дефицит кислорода — совсем не обязательно проблема.

Еще один любопытный вывод из новой работы — ледяная корка Европы должна терять 1,5 ± 0,8 сантиметра толщины в миллион лет. Кажется, что это не так уж много. На самом деле получается, что это основной процесс, меняющий поверхность спутника. Он «влиятельнее» падающих метеоритов. И это нужно учитывать, если мы все же надеемся найти в ледяной корке следы какой-то жизнедеятельности.