Супутник Юпітера Європа: кандидат №1 для позаземного життя

View of Europa taken in the 1990s by the Galileo spacecraft Копирайт изображения NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
Image caption Під потрісканою крижаною оболонкою Європи лежить величезний океан солоної води

Після двох десятиліть досягнень і розчарувань науковці впритул підійшли до того, щоб відправити космічні місії, які вивчатимуть океан на Європі. Чи справді найвищий шанс для людства знайти позаземне життя в межах Сонячної системи закрався саме там?

Європа - це крижане небесно тіло, лише трохи менше за наш Місяць, яке обертається довкола гігантської планети Юпітер.

Якщо дивитися здаля, Європа виглядає помережаною темними смугами, так, наче її розписав кривулями якийсь малюк.

Зблизька стає видно, що насправді це довгі прямі тріщини в кризі, багато з яких заповнені невідомим забруднювачем, що його науковці називають між собою "коричневе багно". В інших місцях поверхня супутника порепана й нерівна, так наче масивні брили льоду рухалися в сльоті з місця на місце, оберталися і переверталися.

Потужна гравітація Юпітера викликає приливні сили, через які супутник регулярно витягується, щоб потім повернутися до попередньої форми. Однак сили, які так понівечили поверхню, найкраще пояснити тим, що крижаний панцир Європи плаває над океаном рідкої води.

"Той факт, що під поверхнею є рідка вода - про що ми знаємо з попередніх місій, зокрема завдяки спостереженням магнітометра із апарату "Галілео" - робить з Європи одну з найцікавіших потенційних цілей для пошуку життя", - каже професор Ендрю Коутс із лабораторії Королівського коледжу Лондона Mullard Space Science Laboratory.

Солоні глибини Європи можуть сягати 80-170 км від поверхні, що означає, що там може бути вдвічі більше рідкої води, ніж в усіх океанах Землі разом узятих.

Копирайт изображения NASA/JPL-Caltech
Image caption Під час своєї місії апарат "Кліппер" має пролетіти повз Європу щонайменше 45 разів

Але вода - це лише одна з передумов життя, тоді як океан на Європі може містити й інші, такі як джерело хімічної енергії для мікробів.

Понад те, океан, можливо, взаємодіє з поверхнею у різні способи, наприклад, випускаючи з глибин на поверхню теплі кульки льоду, які пробираються через крижану оболонку.

Тож вивчення поверхні може дати ключ до розуміння того, що відбувається глибоко внизу.

НАСА готує дві місії для дослідження цього загадкового світу. Про обидві з них говорили на 48-й Науковій конференції з питань місяця і планет (LPSC) у Х'юстоні.

Першим буде апарат під назвою "Європа Кліппер", який планують запустити в 2022 році і який літатиме довкола супутника Юпітера.

Ще через кілька років по тому мають відправити місію з приземленням.

Доктор Роберт Паппалардо працює в Лабораторії реактивного руху НАСА і входить до наукової команди проекту "Кліппер".

"Ми намагаємося вивчити потенційну можливість життя на Європі, необхідні складники для цього: воду і чи є там хімічна енергія для життя, - каже він мені. - Ми робимо це, намагаючись зрозуміти, як влаштований океан і крижана оболонка, їхній склад і геологію. А це сильно залежить від рівня поточної активності на Європі".

На борту "Кліппера" будуть дев'ять інструментів, серед яких камера, котра сфотографує більшу частину поверхні; спектрометри, які вивчать її склад; радар, який зможе проникнути під лід і скласти тривимірну карту крижаної оболонки і знайти воду під нею; а також магнітометр для вивчення характеристик океану.

Щоправда, після того, як у 1990-х апарат "Галілео" забезпечив нас доказами існування там океану, ми дізналися, що Європа не унікальна в цьому.

"Одне з найзахопливіших і найважливіших відкриттів минулого десятиліття у вивченні планет полягає в тому, що якщо вийти за межі Сонячної системи і жбурнути в будь-який бік дохлу кішку, ви обов'язково поцілите в світ з океаном", - каже програмний науковець "Кліппера" Курт Нібур, який працює в головному офісі НАСА у Вашингтоні.

Наприклад, на супутнику Сатурна Енцеладі крига з океану, який заліг під поверхнею, фонтанує в космос через тріщини на південному полюсі.

На цей супутник Сатурна теж можуть відправити окрему місію в 2020-х, але доктор Нібур вважає, що Європа виграє в цьому змаганні: "Європа значно більша за Енцелад і має більше всього: більше геологічної активності, більше води, більше місця для цієї води, більше тепла, більше сирих інгредієнтів і більше стабільності в своєму середовищі".

Але є і щось інше, що робить цей супутник особливим - його сусід. Орбіта Європи глибоко занурюється в потужне магнітне поле Юпітера, яке ловить і прискорює елементарні частинки.

Це створює пояси інтенсивного випромінювання, яке спалює космічну електроніку, обмежуючи таким чином тривалість місій до місяців або навіть тижнів. Крім того, це випромінення викликає реакції на поверхні Європи, внаслідок яких створюються речовини, що називаються окисниками.

На Землі природа використовує хімічні реакції між окисниками і сполуками, відомими як відновлювачі, щоб отримувати енергію для життя.

Копирайт изображения NASA
Image caption Робота художника (не відповідає справжньому масштабу): Європа в розрізі

Однак окисники, які утворюються на поверхні, можуть пригодитися мікробам з Європи лише в тому випадку, якщо потрапляють в океан.

На щастя, процес конвекції, який виштовхує теплі бульки льоду догори, може також затягувати вниз матеріал з поверхні. А опинившись в океані, окисники можуть вступати в реакцію з відновниками, які виникають внаслідок реакції морської води з кам'янистим океанічним дном.

"Потрібні обидва полюси батареї", - пояснює Роберт Паппалардо.

Для науковців на зразок Боба Паппалардо і Курта Нібура майбутні місії - це втілення мрії тривалістю в 20 років. Перші плани відправити місії до Європи виникли наприкінці 1990-х, але з того часу перспективні проекти один за одним канули в небуття.

На початку 2000-х США і ЄС навіть зібрали разом ресурси на місію, яка мала відправити апарат до Європи і до ще більшого крижаного супутника Юпітера - Ганімеда. Але від цього плану відмовилися на тлі бюджетних скорочень, а європейська частина місії розвинулася в проект Juice.

"Не думаю що за минулі 18 років існувала хоча б одна ідея про місію до Європи, в якій я б не брав участі або про яку не чув би, - каже Курт Нібур. - Шлях був довгим. Шлях до запуску завжди всіяний перешкодами і повний розчарувань. І з Європою ми відчули це на собі як ніхто".

Відправити до Європи апарат - це дорого, хоча й не дорожче, ніж інші флагманські місії НАСА, такі як "Кассіні" чи марсохід "К'юріосіті".

Копирайт изображения NASA/JPL/University of Arizona
Image caption Чотири знімки поверхні Європи, зроблені "Галілео". За годинниковою стрілкою, починаючи з верхнього лівого: (1) пошматований крижаний поверхневий шар, відомий як Коннамарський хаос; (2) плити крижаної кори, які, на думку вчених, розкололися і попливли на нові позиції; (3) руді смужки; (4) структура, що виникла після зіткнення, розміром з Гаваї

Є неминучі інженерні труднощі, такі як робота в радіоактивних поясах Юпітера. Інструменти, що працюють на апаратах, потрібно захищати від руйнівного випромінювання титановими пластинами, каже доктор Паппалардо, але "закривати їх можна лише до певної межі, бо вони мають бачити Європу".

Тому, щоб убезпечити "Кліппер" від небезпек, НАСА планує трохи відійти від своїх базових правил.

"За замовчуванням завжди вважалося, що оскільки "Галілео" просто пролетів повз Європу, то наступна місія має бути орбітальною. Так ми працюємо", - каже доктор Нібур.

Але замість того, щоб обертатися довкола Європи, "Кліппер" обертатиметься довкола Юпітера, щоб зменшити своє перебування у радіоактивній зоні, яка скорочує тривалість місії.

За три з половиною роки апарат наблизиться до крижаного супутника щонайменше 45 разів.

"Ми зрозуміли, що якщо будемо часто пролітати повз нього, то зможемо уникнути цих технічних перешкод при обертанні довкола Європи, зробимо місію значно досяжнішою і проведемо потрібні нам наукові дослідження", - каже програмний науковець "Кліппера".

Сила сонячного світла поблизу Європи в 30 разів менша, ніж біля Землі. Але НАСА вирішило, що все одно обладнає "Кліппер" сонячними панелями, а не радіоактивними генераторами, які використовували деякі інші планетарні місії.

"Усі ці роки досліджень змусили нас спалити до тла всі упередження і зосередитися на реальності, а не на списку мрій... зосередитися на найкращих наукових можливостях", - каже Курт Нібур.

У 2011 році Національна дослідницька рада у своєму звіті ще раз підтвердила важливість дослідження крижаного супутника. Але навіть після цього НАСА з обережністю підходило до такої ідеї - через її ціну.

Копирайт изображения NASA/JPL-Caltech
Image caption Апарат, який НАСА планує відправити на Європу, може визначити, чи було там колись життя і чи є воно нині

Та ключовою виявилася підтримка на Капітолійському пагорбі. Обидві партії схвалюють цей сміливий проект, а в особі республіканського конгресмена Джона Кулберсона - який очолює підкомітет з асигнування, що має юрисдикцію над бюджетом НАСА - місія знайшла унікального провідника.

60-річний техаський законодавець зачарований Європою ще з тих часів, коли сам почав спостерігати за нею через телескоп Celestron 8, який він колись купив собі як подарунок до закінчення школи.

За чотири минулих роки підкомітет під його керівництвом виділяв гроші на наукові роботи, пов'язані з Європою, навіть якщо голова космічного агентства не просив про це.

Щедре фінансування означає, що в технічній роботі над "Кліппером" досягнуто значно більшого, ніж зазвичай можна очікувати від такої стадії проекту (фаза В) в циклі розробок НАСА.

Модуль приземлення перебуває ще на ранній стадії розробки, яка називається попередня фаза А, але доповідь про наукову цінність місії вже обговорили на семінарі під час конференції LPSC.

У бюджетному запиті НАСА до президента модуль приземлення не отримав фінансування на 2018 рік. Але доктор Джим Ґрін, директор планетарних наук в космічній агенції, каже: "Конкретно ця місія неймовірно хвилює нас, тому що вона розкаже нам про наукові дослідження, які потрібно провести на поверхні супутника, добратися куди дуже складно".

"Нам треба ще багато чого зробити, провести дослідження з усією старанністю, зрозуміти, які заміри нам потрібно провести. А тоді, в майбутньому, коли настане час, ми попрацюємо з адміністрацією і побачимо, чи можемо рухатися далі в бюджетному плані".

Протягом минулих 20 років було запропоновано різні новітні ідеї для приземлення модуля на Європу. Доктор Джерейнт Джонс із лабораторії Mullard Space працював над технологією, яку називають вторгненням.

"Раніше її не використовували в космічних місіях, але вона справді перспективна", - пояснює він.

Із апарата на орбіті запускають ракету, яка врізається в супутник на швидкості 300 м/сек., викидаючи на поверхню стародавні шматки льоду, склад яких проаналізують бортові інструменти. Ці інструменти можна розробити так, щоб вони витримали зіткнення.

Але майбутній модуль приземлення НАСА діятиме протилежним методом - м'яко опуститься за допомогою технології "Небесний кран", яку використовували при спусканні марсохода "К'юріосіті" на поверхню Червоної планети в 2012 році. Автономна система приземлення в реальному часі визначатиме перешкоди й уникатиме їх.

Розвідувальні дані для місця приземлення забезпечить "Кліппер". "Я собі уявляю це так, що ми знайдемо той правильний оазис, де близько до поверхні може бути вода. Можливо, там буде тепло́ й органічні матеріали", - каже Боб Паппалардо.

Апарат обладнають чутливими інструментами, серед яких дискова пила зворотного обертання, яка допоможе дістати з-під опроміненої радіацією поверхні свіжі зразки льоду.

"Приземлення потрібне саме для того, щоб отримати якомога свіжіші й чистіші зразки. Це можна зробити, глибоко копнувши, а можна піти в таке місце на поверхні, де є щось на зразок виверження - якийсь струмінь - який викидає нагору дуже свіжий матеріал", - каже Курт Нібур.

Копирайт изображения NASA/ESA/L. Roth/SWRI/Uni Cologne
Image caption Спостереження з телескопа Габбл дозволили припустити, що на Європі б'ють струмені води з льодом

У минулі роки спостереження з телескопу "Габбл" дозволили припустити, що з-під криги на поверхні Європи б'ють струмені води з кригою, як це відбувається на Енцеладі.

Але відправляти апарат на місце виверження, яке відбувалося десять років тому, немає сенсу. Модуль має приземлитися там, де б'ють якомога свіжіші струмені.

Тому науковцям потрібно зрозуміти, від чого залежать ці гейзери. Наприклад, "Кліппер" визначить, чи є зв'язок між такими струменями і гарячими місцями на поверхні.

Земні моря кишать життям, тож нам може бути важко уявити собі стерильний океан на Європі глибиною понад 100 км. Але науковий поріг для виявлення життя дуже високий. Тож чи вдасться нам розпізнати позаземне життя, якщо воно дійсно там є?

"Завданням місії є не просто виявити життя [для задоволення нашої цікавості], але й переконати всіх у тому, що ми це зробили, - пояснює доктор Нібур. - Для нас негоже інвестувати в цю місію, якщо її єдиним результатом буде породження нової наукової суперечки".

Тому команда науковців, яка працює над місією з приземлення, підходить до цього питання двома шляхами. По-перше, будь-яке виявлення життя має ґрунтуватися на численних і незалежних даних, які надходять від прямих вимірювань.

"Тут не може бути простого рішення. Не можна зробити один замір і сказати: "Ага, еврика! Ми знайшли життя". Треба дивитися на загальну суму", - каже доктор Нібур.

По-друге, вчені розробили модель, в якій інтерпретуватимуть отримані результати, декотрі з яких можуть бути позитивними, а інші - негативними. "Створюється дерево рішень, яке враховує весь різноманітний набір змінних. Ми проходимо всіма можливими шляхами й доходимо кінцевого результату: так, ми знайшли життя або ні, не знайшли", - каже науковець.

Тепер вчені хочуть знати, чи переконали вони своїми аргументами наукову громадськість.

Як пояснює Курт Нібур: "Я хочу, щоб ця дискусія була вже сьогодні, за багато років до запуску, щоб коли ми посадимо модуль на поверхню, ми всі могли зосередитися на аналізі отриманих даних".

Стежте за Полом Рінконом на Twitter.

Новини на цю ж тему