Среди сотен подтверждённых спутников Юпитера и Сатурна NASA выделяет Европу и Энцелад как наиболее перспективные миры для поиска жизни за пределами Земли.
Учёные полагают, что под ледяной коркой этих лун скрываются целые океаны жидкой воды, что делает их приоритетными целями для ESA и NASA. Однако новое исследование выявило неожиданную угрозу для будущих посадочных миссий – так называемый "пушистый лёд".
Если криовулканические извержения действительно участвуют в формировании ледяных оболочек этих спутников, как предполагают исследователи, то экстремально низкое давление должно порождать слоистый, чрезвычайно пористый лёд.
По текстуре он напоминает круассан. В статье, опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters, команда описала эксперимент в вакуумной камере, имитирующий условия низкой гравитации на Европе и Энцеладе.
Согласно результатам тестов, на смоделированной Европе вода замерзает в хрупкие пласты толщиной около 20 сантиметров. На смоделированном Энцеладе эти пласты могут достигать 20 метров. Такие условия потенциально опасны для посадочных аппаратов – представьте дорогостоящий зонд, который после многолетнего перелёта к Европе проламывает лёд и тонет в ледяной бездне.
Войтех Паточка, автор исследования и геофизик из Карлова университета в Чехии, рассказала в разговоре с Gizmodo:
Замерзание воды при низком давлении сильно зависит от выходящего пара. Высокопористые и хрупкие слои, которые мы наблюдаем, могут достигать нескольких метров толщины на малых ледяных мирах, чего достаточно, чтобы поставить под угрозу посадочную миссию.
Ледяные миры
Человечество впервые по-настоящему увидело Европу в 1979 году, когда "Вояджер-1" пролетел мимо Юпитера. Его преемник, "Вояджер-2", получил снимки Энцелада в более высоком разрешении в 1981 году.
Хотя оба спутника были открыты гораздо раньше, именно детальные изображения их ледяных поверхностей вызвали у учёных энтузиазм относительно перспектив обнаружения воды и, следовательно, признаков обитаемости за пределами Земли.
12 самых впечатляющих спутников планет Солнечной системы
Последующие экспедиции, такие как миссии "Галилео" и "Кассини-Гюйгенс", передали на Землю захватывающие данные о далёких спутниках. В результате исследователи подтвердили активный криовулканизм на Энцеладе – извержения газов и других летучих веществ, которые быстро замерзают при контакте с поверхностью.
На Европе аналогичные процессы пока лишь предполагаются. При этом учёные понимают, что наличие воды само по себе не гарантирует существование инопланетной жизни, но уникальный состав поверхности ледяных спутников даёт ключевые подсказки об астробиологических и химических процессах, неизвестных на Земле.
Эксперимент
Учитывая научный интерес к теме, Паточка признал в комментарии для Science, что подобный эксперимент "кажется чем-то, что должны были провести уже давно". Раз никто этого не сделал, Паточка с коллегами провели масштабный эксперимент в вакуумной камере "Джордж" в Открытом университете Великобритании, обычно используемой для моделирования марсианских условий.
Команда подготовила 49 килограммов воды с низкой солёностью в аквариуме, снизив температуру и давление до значений, характерных для спутников внешней Солнечной системы.
Исследователи выделили три отчётливые стадии замерзания. Сначала отсутствие давления заставляет воду кипеть, а слои корковидного льда накапливаются, пока выходящие пары выталкивают их вверх. Затем замерзают и сами газовые карманы. В конце концов на дне формируется нижний слой более прозрачного льда с меньшим количеством пузырьков. Поперечное сечение получившейся структуры действительно напоминает воздушный круассан – отсюда и название "пушистый лёд".
Тем временем крупнейшие космические агентства продолжают отправлять аппараты к дальним рубежам Солнечной системы. Зонд JUICE от ESA уже в пути и достигнет Юпитера в 2031 году, а Europa Clipper от NASA прибудет туда к 2030-му. Но это лишь текущие миссии – и NASA, и ESA совместно с JAXA активно планируют следующие.
Ингрид Добар, планетолог, работающая над орбитальной миссией Europa Clipper и не участвовавшая в новом исследовании, заявила, что подобный пористый хрупкий лёд "определённо создаст серьёзные инженерные проблемы", и исследователям придётся "переосмыслить типы посадочных механизмов, которые, как мы думали, могут работать на Европе".
В самой статье также отмечено, что криовулканические образования на Европе и подобных телах не смогут "обеспечить безопасную и стабильную посадку из-за высокопористой природы слоистых и ячеистых ледяных структур, достигающих глубины от нескольких до десятков метров, причём меньшая гравитация подразумевает большую глубину". Если инженеры хотят, чтобы посадочные аппараты действительно совершали посадку, им придётся учитывать особенности местного рельефа.
Как работает замедление времени из "Проекта "Аве Мария" – и почему до края вселенной лететь всего 32 года и 3 месяца
Команда Паточки планирует продолжить изучение этого феномена. В следующем опыте исследователи проверят, как этот особый процесс замерзания работает с текущей водой, чтобы эксперимент точнее воспроизводил "условия эффузивных криовулканических потоков".
