Спустя двадцать лет падений и взлетов, разработок и сокращений, ученые стоят на пороге отправки миссий для изучения океанского мира Европы. Может ли это быть нашим лучшим шансом на поиск жизни где-либо в Солнечной системе? Ведь Европа — совсем крошечный мир на орбите гигантской планеты Юпитер, даже меньше земной Луны. Издалека Европа кажется изрезанной сетью темных полос, будто беспорядочным карандашным рисунком малыша. Вблизи обнаруживаются длинные линейные трещины во льду, простирающиеся в некоторых случаях на тысячи километров. Многие из них заполнены неизвестным загрязнителем, который ученые называют «коричневой грязью». В других местах поверхность неровная и разбитая, как если бы массивные плиты льда дрейфовали, вращались и переворачивались в слякоти.
Мощная гравитация Юпитера помогает генерировать приливные силы, которые многократно растягивают и ослабляют луну. Но стрессы, которые создали раздробленный ландшафт Европы, лучше всего объясняются тем, что ледяная оболочка плавает в океане жидкой воды.
«Тот факт, что под поверхностью Европы находится жидкая вода, которую мы знаем из предыдущих миссий, в частности из наблюдений магнитометра, собранных аппаратом Galileo в 1990-х, делает ее одной из самых интересных потенциальный целей для поиска жизни», говорит профессор Эндрю Коутс из Лаборатории космических исследований Мулларда в графстве Суррей, Великобритания.
Соленая глубина Европы может доходить до 80-170 километров в глубь спутника, а значит, она может содержать в два раза больше жидкой воды, чем все океаны Земли.
И хотя вода является одной из важнейших предпосылок для жизни, океан Европы может иметь и другие — такие как источник химической энергии для микробов. Более того, океан может взаимодействовать с поверхностью при помощи ряда средств, включая теплые капли льда, поднимающиеся по ледяной оболочке снизу вверх. Поэтому изучение поверхности может дать ключ к тому, что происходит в океане.
Теперь NASA начинает две миссии, чтобы исследовать этот интригующий мир. Обе они обсуждались на 48-й Лунной и планетарной научной конференции (LPSC) в Хьюстоне.
Первая — это пролетная миссия под названием Europa Clipper, которая, вероятно, состоится в 2022 году. Вторая — это посадочная миссия, которая последует несколькими годами спустя.
Доктор Роберт Паппалардо из Лаборатории реактивного движения NASA, является ученым проекта Clipper.
«Мы пытаемся понять потенциальную обитаемость Европы, ее ингредиенты для жизни: воду и наличие возможной химической энергии для жизни», говорит он. «Мы делаем это, пытаясь понять океан и ледяной панцирь, состав и геологию. И все вместе они демонстрируют уровень текущей активность Европы».
Clipper несет полезный груз из девяти инструментов, включая камеру, которая будет снимать большую часть поверхности; спектрометры, чтобы понять ее состав; ледопроницаемый радар для картирования ледяной оболочки в трех измерениях и поиска воды под ледяным панцирем; магнитометр для характеристики океана.
Однако, с тех пор как космический аппарат Galileo обеспечил свидетельство наличия океана в 1990-х годах, мы знаем, что Европа не единственная в своем роде.
«За прошлые десять лет мы с удивлением для себя обнаружили, что невозможно отправиться во внешнюю Солнечную систему и не столкнуться с океанским миром», говорит ученый программы Clipper Курт Нибур.
На спутнике Сатурна Энцеладе, например, лед из подповерхностного океана прорывается в космос через трещины на южном полюсе.
Сатурнианский спутник может также увидеть специальную миссию в 2020-х годах, но доктор Нибур считает, что Европа более привлекательная цель: «Европа намного больше Энцелада и имеет больше всего: больше геологической активности, больше воды, больше пространства для этой воды, больше тепла, больше сырья и больше стабильности в окружающей среде».
Есть кое-что еще, что выделяет эту луну: ее окрестности. Орбитальная трасса Европы глубоко заходит в магнитное поле Юпитера, которое захватывает и ускоряет частицы.
В результате рождаются пояса интенсивного излучения, которые поджаривают электронику космических аппаратов, ограничивая продолжительность миссий месяцами или даже неделями. Тем не менее это излучение также вызывает реакции на поверхности Европы, создавая окислители. На Земле биология использует химические реакции между окислителями и соединениями, известными как восстановители, чтобы обеспечить необходимой энергией жизнь.
Однако окислители, созданные на поверхности, полезны для микроорганизмов Европы, только если они могут спуститься в океан. К счастью, процесс конвекции, который толкает теплые капли льда вверх, может также разрушать материал поверхности. Оказавшись в океане, окислители могут вступать в реакцию с восстановителями, производимыми морской водой, реагируя на твердое океанское дно.
«Нужно оба полюса батареи», объясняет Роберт Паппалардо.
Для ученых вроде доктора Паппалардо предстоящие миссии — это воплощение мечты двух десятилетий. С тех пор как в конце 1990-х годов были разработаны первые концепции миссии на Европу, предложения срывались одно за другим.
В нулевых США и Европа даже объединяли ресурсы ради миссии, которая отправила бы отдельные космические аппараты к Европе и луне Юпитера Ганимеду. Но план отменили из-за сокращения бюджета, и европейская часть вылилась в миссию Juice.
«Не думаю, что за последние 18 лет была миссия на Европу, которая прошла мимо моих пальцев и глаз», говорит Нибур. «Это был долгий путь. Путь к запуску всегда был тернистым, и он также был полон разочарований. Больше всего мы прочувствовали это на примере Европы».
Изучение Европы дорого обходится — хотя и не больше, чем другие «флагманские» миссии NASA, такие как «Кассини» или «Кьюриосити».
Существуют сложные инженерные задачи, такие как работа в радиационных поясах Юпитера. Инструменты космического аппарата должны быть экранированы такими материалами, как титановый металл, говорит Паппалардо, но «они должны быть способны видеть Европу».
Поэтому, чтобы сохранить Clipper в безопасности, NASA будет несколько отклоняться от правил. «Предполагалось, что будет так: Galileo пролетел мимо Европы, поэтому следующая миссия должна быть орбитальной. Именно так мы ведем дела», говорит Нибур. Но вместо того, чтобы выходить на орбиту Европы, «Клиппер» уменьшит воздействие сокращающей срок миссии радиации за счет выхода на орбиту Юпитера и сделает как минимум 45 близких подлетов к ледяной луне за три с половиной года.
«Мы поняли, что могли бы избежать этих технических проблем выхода на орбиту Европы, сделать миссию более выполнимой и при этом осуществить все научные задачи».
Сила солнечного света возле Европы в тридцать раз слабее, чем на Земле. Но NASA решило, что он сможет питать солнечные батареи Clipper, поэтому не придется использовать радиоизотопные генераторы, как в других миссиях. «Все эти годы исследований заставили нас отказаться от прежних концепций и сосредоточиться на реально достижимом, а не желаемом», говорит Курт Нибур.
В 2011 году, после отмены американо-европейской миссии, отчетом Национального исследовательского совета была подтверждена важность изучения ледяной луны. Несмотря на это, NASA по-прежнему осторожничает из-за стоимости.
Посадочный модуль не получил финансирования в бюджетном запросе президента на 2018 год для NASA. Но доктор Джим Грин, директор планетарных наук в агентстве, говорит, что «эта миссия чрезвычайно захватывающая, потому что она расскажет нам о науке, которую мы могли бы делать на поверхности спутника».
«Нам предстоит пройти через долгий процесс, понять, какие измерения нам нужно проводить. Затем мы должны поработать с администрацией и наметить нужное время, согласовать бюджет, чтобы двигаться вперед».
За последние двадцать лет предлагались весьма инновационные концепции посадочных модулей, отражающие научную щедрость, которой можно воспользоваться после приземления. Гирейн Джонс из Лаборатории космических исследований Мулларда работал над одной концепцией под названием «пенетратор».
«Раньше они не летали в космос, но технология очень перспективная», объясняет он. Снаряд, выпущенный со спутника, попадает в поверхность «очень сильно, на скорости около 300 метров в секунду, 1000 км/ч», выбрасывая лед для дальнейшего анализа бортовыми инструментами, которые должны суметь противостоять падению.
И напротив, будущий посадочный аппарат NASA будет садиться мягко при помощи технологии «небесного крана», которая использовалась для безопасного сброса марсохода «Кьюриосити» на Марсе в 2012 году. Во время приземления он будет использовать автономную систему посадки для обнаружения и предотвращения поверхностных опасностей в режиме реального времени.
Clipper сможет обеспечить разведку посадочной площадки. «Мне нравится мысль, что он найдет подходящий оазис, где вода будет близко к поверхности. Может быть, там будет тепло и будут органические материалы», говорит Паппалардо.
Судно будет оснащено чувствительными инструментами и вращающейся пилой, которая позволит получить свежие образцы из-под обработанного радиацией поверхностного льда.
«Посадочный аппарат должен будет добраться до самого свежего, нетронутого образца льда. Чтобы сделать это, ему придется глубоко копнуть либо вызвать извержение на поверхности — создать гейзер — который вывалит много свежего материала на поверхность», говорит Курт Нибур.
За последние годы телескоп Хаббл сделал предварительные наблюдения выбросов водяного льда, извергающихся из-под Европы, подобное энцеладским. Но нет никакого смысла в том, чтобы посещать места десятилетних извержений — аппарату нужно посетить место с относительно свежим выбросом.
Поэтому ученые должны понять, что управляет этими гейзерами: например, Clipper определит, связаны ли гейзеры с какими-нибудь горячими точками на поверхности.
Морские просторы Земли изобилуют жизнью, поэтому нам трудно представить себе стерильный океан 100-километровой глубины на Европе. Но научный порог обнаружения жизни установлен очень высоко. Сможем ли мы узнать инопланетную жизнь, если найдем ее?
«Цель посадочной миссии — не просто обнаружить жизнь (к нашему удовлетворению), но и убедить всех остальных, что мы это сделали», объясняет Нибур. «Для нас будет не очень хорошо инвестировать в эту миссию, если все, что мы создадим, это научную полемику».
Таким образом, команда предложила два способа. Во-первых, любое обнаружение жизни должно быть основано на множественных независимых линиях данных, полученных в ходе прямых измерений.
«Нельзя сделать одно измерение и сказать: да есть же ж, эврика, мы нашли ее. Вы смотрите на общую сумму», говорит Нибур. Во-вторых, ученые разработали фреймворк для интерпретации этих результатов, некоторые из которых могут быть положительными, а другие — отрицательными. «Создается дерево решений, которое проходит через все различные переменные. Следуя всем этим различным путям, мы получаем конечный результат, один из двух: либо мы нашли жизнь, либо не нашли», говорит он.
