До прихованого океану Європи може бути складніше дістатися, ніж вважалося

Згідно з новим дослідженням, мілководдя на крижаному супутнику Юпітера, можливо, не дасть змоги безпосередньо зазирнути в його глибокі підземні шари.

Про це повідомляють в Ратґерському університеті, передають OstanniPodii.com.

Європа, один з крижаних супутників Юпітера, вже давно приваблює вчених тим, що, ймовірно, приховано під її замерзлою оболонкою: глобальним океаном рідкої води.

Цей прихований океан зробив Європу одним з найцікавіших місць у Сонячній системі для вивчення умов, які можуть бути сприятливими для життя. Однак нове дослідження, опубліковане в журналі «Nature Astronomy», свідчить, що один з найперспективніших шляхів до океану Європи може виявитися набагато складнішим, ніж вважалося раніше.

У своїй роботі дослідники перевірили за допомогою комп’ютерного моделювання, чи може рідка вода з глибинного океану Європи підійматися крізь тріщини в льоду й накопичуватися в неглибоких водоймах, розташованих ближче до поверхні. Такі водойми, якщо вони існують, майбутнім місіям може бути легше виявити або взяти з них проби, ніж океан, що лежить глибоко під поверхнею.

«Загадка, яку ми хотіли розгадати, полягала в тому, чи є такий шлях насправді можливим», — сказав провідний автор дослідження Луджендра Оджа, доцент кафедри наук про Землю та планети Школи мистецтв і наук Ратґерського університету. «Чи може рідка вода підійматися з глибин океану Європи до поверхні, не замерзаючи по дорозі?»

Їхній висновок: шлях від глибин океану до неглибокого льоду, ймовірно, набагато складніший, ніж припускали вчені.

«Є крижана оболонка, під нею — вода, і існують усі ці припущення щодо того, як ця вода може надходити з глибин підземних шарів і пробиратися аж до поверхні, не замерзаючи по дорозі. Саме це, на нашу думку, ми й спростували», - сказав Оджа.

Це відкриття має важливі наслідки для майбутнього дослідження Європи. Якщо під поверхнею супутника будуть виявлені неглибокі порожнини з рідкою водою, вони не обов’язково міститимуть воду з підповерхневого океану. Натомість вони могли утворитися локально — з льоду, що розтанув усередині самої оболонки.

Це розрізнення важливе. Вчені цікавляться Європою, оскільки рідка вода, хімічні процеси та енергія є необхідними складовими у пошуках придатних для життя середовищ за межами Землі. До неглибокого водосховища дістатися було б легше, ніж до глибокого океану. Але якщо це водосховище не пов’язане з підповерхневим океаном, воно може не розкрити того, що відбувається у найцікавішому середовищі Європи.

Ця робота з’явилася в той час, коли дві великі космічні місії вже прямують до системи Юпітера. Місія NASA «Europa Clipper» стартувала у жовтні 2024 року і, за планом, має прибути до Юпітера у квітні 2030 року, де вона вийде на орбіту навколо планети та здійснить 49 близьких прольотів повз Європу. Місія Європейського космічного агентства «Jupiter Icy Moons Explorer» (Дослідник крижаних супутників Юпітера), відома як JUICE, стартувала у квітні 2023 року і, за планом, має досягти цілі в липні 2031 року.

Очікується, що разом ці місії нададуть вченим набагато детальніше уявлення про крижану оболонку Європи, склад її поверхні та можливу підповерхневу воду. Зокрема, радарний прилад «Europa Clipper» може допомогти вченим визначити, чи існують неглибокі водойми та як вони влаштовані.

Під надзвичайно холодною поверхнею Європи глобальний океан може залишатися у рідкому стані, оскільки потужна гравітація Юпітера постійно стискає та розтягує супутник, генеруючи внутрішнє тепло, яке утримується крижаною оболонкою, що лежить зверху.

Дослідження зосереджується на дайках — вузьких тріщинах або розломах, які, теоретично, можуть дозволяти воді з океану підійматися вгору крізь лід. Ця ідея дещо схожа на те, як розплавлена порода може рухатися крізь тріщини на Землі, перш ніж стати джерелом вулканічної активності. На крижаних світах цей процес відомий як кріовулканізм, тобто вулканізм, у якому беруть участь лід і вода, а не розплавлена порода.

Оджа зазначив, що таке порівняння є корисним лише до певної міри.

«Лід і рідка вода принципово відрізняються від лави та вулканів, які ми бачимо тут, на Землі», — каже він. «Я вважаю, що тут бракує деяких фундаментальних фізичних аспектів, і тому я хотів це дослідити».

За словами Оджі, одним із відсутніх елементів є турбулентність. У попередніх моделях вода, що підіймається крізь лід Європи, часто розглядалася так, ніби рухається відносно впорядковано. Однак проведене у цьому дослідженні моделювання свідчить про те, що вода, ймовірно, рухатиметься швидко й турбулентно крізь тріщини, змішуючись з холодними стінками тріщин і швидко віддаючи тепло навколишньому льоду.

«Ця вода, що підійматиметься, буде турбулентною, — каже Оджа. — Вона рухатиметься вліво й вправо, вгору й вниз, матиме вихровий рух. І коли це відбуватиметься, рідка вода дуже-дуже швидко охолоджуватиметься, наближаючись до поверхні».

Охолоджуючись, вода може перейти у стан переохолодження, тобто залишатися в рідкому стані навіть після того, як її температура опуститься нижче нормальної температури замерзання. За таких умов можуть утворюватися крихітні кристали льоду, так званий «фразильний лід», які накопичуються й забивають прохід.

Моделювання показує, що вузькі тріщини можуть замерзнути й закритися за лічені години. Ширші тріщини могли б пропускати більше води в ідеальних умовах, але турбулентність робить такі сценарії набагато менш ймовірними. Дослідники з’ясували, що для того, щоб доставити достатню кількість води для формування деяких особливостей поверхні Європи, тріщини мали б бути нереально довгими або зустрічатися у великій кількості.

У результаті ми отримуємо картину Європи, на якій неглибока вода, якщо вона взагалі є, може мати інше походження, ніж сподівалися багато вчених. Замість того щоб підійматися безпосередньо з океану, вода може утворюватися внаслідок локального нагрівання та танення всередині крижаної оболонки.

«Наші дослідження свідчать про те, що крижана оболонка Європи може бути міцнішим бар’єром між океаном і поверхнею, ніж вважалося раніше», — зазначив Оджа. «Це допоможе майбутнім місіям інтерпретувати свої знахідки та краще зрозуміти, де шукати ознаки придатності для життя».