Добраться до скрытого океана Европы может оказаться сложнее, чем считалось ранее

Согласно новому исследованию, мелководье на ледяном спутнике Юпитера, возможно, не позволит напрямую заглянуть в его глубокие подземные слои.

Об этом сообщают в Ратгерском университете, передают OstanniPodii.com.

Европа, один из ледяных спутников Юпитера, уже давно привлекает учёных тем, что, вероятно, скрыто под её замерзшей оболочкой: глобальным океаном жидкой воды.

Этот скрытый океан сделал Европу одним из самых интересных мест в Солнечной системе для изучения условий, которые могут быть благоприятными для жизни. Однако новое исследование, опубликованное в журнале «Nature Astronomy», говорит о том, что один из самых перспективных путей к океану Европы может оказаться гораздо сложнее, чем считалось ранее.

В своей работе исследователи проверили с помощью компьютерного моделирования, может ли жидкая вода из глубинного океана Европы подниматься через трещины во льду и скапливаться в неглубоких водоемах, расположенных ближе к поверхности. Такие водоемы, если они существуют, будущим миссиям может быть легче обнаружить или взять из них пробы, чем океан, лежащий глубоко под поверхностью.

«Загадка, которую мы хотели разгадать, заключалась в том, возможен ли такой путь на самом деле», — сказал ведущий автор исследования Луджендра Оджа, доцент кафедры наук о Земле и планетах Школы искусств и наук Ратгерского университета. «Может ли жидкая вода подниматься из глубин океана Европы к поверхности, не замерзая по пути?»

Их вывод: путь от глубин океана до неглубокого льда, вероятно, гораздо сложнее, чем предполагали учёные.

«Есть ледяная оболочка, под ней — вода, и существуют все эти предположения о том, как эта вода может поступать из глубин подземных слоев и пробираться вплоть до поверхности, не замерзая по пути. Именно это, по нашему мнению, мы и опровергли», — сказал Оджа.

Это открытие имеет важные последствия для будущего исследования Европы. Если под поверхностью спутника будут обнаружены неглубокие полости с жидкой водой, они не обязательно будут содержать воду из подповерхностного океана. Вместо этого они могли образоваться локально — из льда, растаявшего внутри самой оболочки.

Это различие важно. Ученые интересуются Европой, поскольку жидкая вода, химические процессы и энергия являются необходимыми составляющими в поисках пригодных для жизни сред за пределами Земли. До неглубокого водохранилища добраться было бы легче, чем до глубокого океана. Но если этот водоем не связан с подповерхностным океаном, он может не раскрыть того, что происходит в самой интересной среде Европы.

Эта работа появилась в то время, когда две крупные космические миссии уже направляются к системе Юпитера. Миссия NASA «Europa Clipper» стартовала в октябре 2024 года и, согласно плану, должна прибыть к Юпитеру в апреле 2030 года, где она выйдет на орбиту вокруг планеты и совершит 49 близких пролетов мимо Европы. Миссия Европейского космического агентства «Jupiter Icy Moons Explorer» (Исследователь ледяных спутников Юпитера), известная как JUICE, стартовала в апреле 2023 года и, согласно плану, должна достичь цели в июле 2031 года.

Ожидается, что в совокупности эти миссии дадут учёным гораздо более детальное представление о ледяной оболочке Европы, составе её поверхности и возможной подповерхностной воде. В частности, радиолокационный прибор «Europa Clipper» может помочь учёным определить, существуют ли неглубокие водоёмы и как они устроены.

Под чрезвычайно холодной поверхностью Европы глобальный океан может оставаться в жидком состоянии, поскольку мощная гравитация Юпитера постоянно сжимает и растягивает спутник, генерируя внутреннее тепло, которое удерживается ледяной оболочкой, лежащей сверху.

Исследование сосредоточено на дайках — узких трещинах или разломах, которые, теоретически, могут позволять воде из океана подниматься вверх сквозь лёд. Эта идея в некоторой степени похожа на то, как расплавленная порода может проникать через трещины на Земле, прежде чем стать источником вулканической активности. На ледяных мирах этот процесс известен как криовулканизм, то есть вулканизм, в котором участвуют лёд и вода, а не расплавленная порода.

Оджа отметил, что такое сравнение полезно лишь до определённой степени.

«Лед и жидкая вода принципиально отличаются от лавы и вулканов, которые мы видим здесь, на Земле», — говорит он. «Я считаю, что здесь отсутствуют некоторые фундаментальные физические аспекты, и поэтому я хотел это исследовать».

По словам Оджи, одним из отсутствующих элементов является турбулентность. В предыдущих моделях вода, поднимающаяся сквозь лед Европы, часто рассматривалась так, будто движется относительно упорядоченно. Однако моделирование, проведенное в рамках этого исследования, свидетельствует о том, что вода, вероятно, будет быстро и турбулентно проникать через трещины, смешиваясь с холодными стенками трещин и быстро отдавая тепло окружающему льду.

«Эта поднимающаяся вода будет турбулентной, — говорит Оджа. — Она будет двигаться влево и вправо, вверх и вниз, будет иметь вихревое движение. И когда это будет происходить, жидкая вода будет очень-очень быстро охлаждаться, приближаясь к поверхности».

Охлаждаясь, вода может перейти в состояние переохлаждения, то есть оставаться в жидком состоянии даже после того, как её температура опустится ниже нормальной температуры замерзания. В таких условиях могут образовываться крошечные кристаллы льда, так называемый «фразильный лёд», которые накапливаются и забивают проход.

Моделирование показывает, что узкие трещины могут замерзнуть и закрыться за считанные часы. Более широкие трещины могли бы пропускать больше воды в идеальных условиях, но турбулентность делает такие сценарии гораздо менее вероятными. Исследователи выяснили, что для того, чтобы доставить достаточное количество воды для формирования некоторых особенностей поверхности Европы, трещины должны были бы быть нереально длинными или встречаться в большом количестве.

В результате мы получаем картину Европы, на которой неглубокая вода, если она вообще есть, может иметь иное происхождение, чем надеялись многие учёные. Вместо того чтобы подниматься непосредственно из океана, вода может образовываться в результате локального нагрева и таяния внутри ледяной оболочки.

«Наши исследования свидетельствуют о том, что ледяная оболочка Европы может быть более прочным барьером между океаном и поверхностью, чем считалось ранее», — отметил Оджа. «Это поможет будущим миссиям интерпретировать свои находки и лучше понять, где искать признаки пригодности для жизни».