Ледяной спутник Юпитера Европа уже несколько десятилетий считается одним из самых перспективных мест для поиска жизни за пределами Земли. Особое внимание астробиологов привлекает не поверхность луны, а то, что скрыто под ней.
В 1990-х годах зонд «Галилео» собрал данные, которые указали на существование там подледного океана из жидкой соленой воды. Этот океан может нагреваться благодаря приливным силам Юпитера и возможному радиоактивному распаду. Его объем, по некоторым оценкам, превышает объем всех океанов Земли, вместе взятых.
Где есть жидкая вода, тепло и химические вещества, там может существовать и жизнь — по крайней мере, в известной нам форме. Эта простая логика, а также уникальная для ледяных лун Солнечной системы комбинация условий сделали Европу одной из главных целей для будущих миссий. Однако ключевым оставался вопрос: изолирован ли подледный океан Европы от внешнего мира? Может ли что-то с поверхности луны попасть в океан, а что-то из океана — подняться наверх?
Толщина ледяной оболочки — первый важный параметр. Согласно некоторым данным, она варьируется от трех до более чем 30 километров. Такой разброс в оценках затруднял поиск ответа на вопрос: реальна ли вообще идея найти признаки жизни, не спускаясь в сам океан?
Второй, не менее важный фактор — структура льда. Миссия «Галилео» показала, что поверхность Европы испещрена трещинами и разломами, которые рассматривались как индикаторы возможного взаимодействия между океаном и поверхностью.
Если такие каналы соединяют поверхность с океаном, они могут работать как система «вентиляции. Например, доставлять с поверхности, облученной радиацией Юпитера, кислород и другие питательные вещества, а с глубин океана поднимать продукты жизнедеятельности. Перемешивание и перемещение веществ важны для химических реакций и, как результат, для возникновения жизни.
Чтобы проверить эти гипотезы, нужны были новые, более точные данные о свойствах ледяного щита, и они наконец поступили. Их получила автоматическая межпланетная станция «Юнона», которая работает на орбите Юпитера с 2016 года.
В сентябре 2022 года космический аппарат выполнил близкий пролет мимо Европы, примерно на расстоянии 360 километров. Во время этой миссии зонд получил высококачественные изображения поверхности луны, что позволило детально рассмотреть трещины, гребни, пятна и особенности ледяной корки.
Кроме того, микроволновый радиометр «Юноны» сделал тепловые «снимки» излучения льда на разных частотах, что помогло оценить структуру льда и температуру на глубине до нескольких километров под поверхностью. Такие данные позволяют понять, однородна ли корка и изменяется ли температура либо состав льда с глубиной. Это важный шаг к оценке того, насколько толстым или тонким может быть ледяной слой.
Команда американских астрономов под руководством Стивена Левина (Steven Levin) из Калифорнийского технологического института проанализировала эти данные и представила результат своего исследования в журнале Nature Astronomy. Выводы оказались немного отрезвляющими.
Левин и его коллеги подсчитали, что наиболее вероятная толщина ледяной корки Европы составляет почти 29 километров (если лед почти чистый, без примесей). При этом погрешность измерения — плюс-минус 10 километров. Нижняя граница оценки — 19 километров, верхняя — 39 километров. Лед оказался значительно толще, чем предполагали авторы предыдущих работ.
В моделях, в которых учитывалось, что лед может содержать примеси, например растворенные соли, этот показатель слегка менялся. Когда команда Левина учитывала показатели солености льда на уровне примерно 15 миллиграммов на килограмм — значение, предложенное в других исследованиях, — толщина ледяной корки Европы уменьшалась лишь на пять километров, что все равно укладывается в погрешность.
Но главный сюрприз касался не самой толщины, а структуры льда. Данные микроволнового радиометра показали, что неоднородности — те самые потенциальные каналы для обмена веществом — простираются вглубь лишь на сотни метров, но не на километры. Причем характерный размер этих трещин крайне мал: их ширина не превышает нескольких сантиметров.
По словам Левина, обнаруженные дефекты слишком малы и неглубоки, чтобы служить каналами для переноса питательных веществ между поверхностью и океаном. Такие структуры не способны транспортировать значимые объемы вещества.
Проще говоря, наблюдаемые на поверхности разломы — это лишь «царапины» на ледяной броне Европы. Они не образуют «сквозных шахт» до жидкого океана. Кислороду и другим элементам на поверхности, где они могут появляться под действием радиации, практически невозможно пробиться вниз к океану через мощный и монолитный барьер. Биомаркерам из гипотетического океана будет невероятно трудно просочиться наверх, чтобы их могли обнаружить будущие посадочные зонды.
Означает ли это, что шансы на обитаемый подледный океан Европы равны нулю? Авторы исследования уверяют, что нет, но вероятность значительно снижается. По словам ученых, не исключается, что на Европе существуют других механизмы обмена веществом между океаном и поверхностью, которые еще предстоит открыть.
Хотя разломы и трещины замечены на всей поверхности Европы, самые подробные данные о их строении получены только на отдельных участках. Левин и его коллеги изучали лишь локальные области. Микроволновый радиометр «Юноны» дает данные именно для отдельных полос (трасс) пролета, а не для всей планеты целиком. На других участках спутника Юпитера картина может быть иной.