Європа, один із крижаних супутників Юпітера, давно захоплює вчених, адже під її крижаною оболонкою, ймовірно, ховається глобальний океан рідкої води. Однак нове дослідження показує, що дістатися до нього буде значно важче, ніж вважалося раніше.
Чи може вода підійматися через тріщини?
Прихований океан зробив Європу одним із найцікавіших місць у Сонячній системі для вивчення умов, які можуть підтримувати життя. Але, як розповідає сайт Рhys.org, нове дослідження, проведене науковцем із Ратгерського університету Лужендрою Ойхою, показує, що один із найперспективніших шляхів до океану Європи може бути набагато складнішим, ніж вважалося раніше.
У дослідженні, опублікованому в Nature Astronomy, Ойха та його колеги використали комп’ютерні симуляції, щоб перевірити, чи може рідка вода з глибокого океану Європи підійматися через тріщини в крижаному покриві й накопичуватися у мілких резервуарах ближче до поверхні. Такі резервуари, якщо вони існують, могли б бути легші для виявлення чи забору проб майбутніми місіями, ніж океан, що лежить глибоко під землею.
«Таємниця, яку ми хотіли розгадати, полягала в тому, чи взагалі можлива ця подорож, — сказав Ойха, доцент кафедри наук про Землю та планети в Школі мистецтв і наук Ратгерського університету. — Чи може рідка вода підійматися з глибокого океану Європи до поверхні, не замерзаючи по дорозі?».
Їхній висновок такий: шлях від глибокого океану до мілкого льоду, ймовірно, набагато складніший, ніж вважалося.
Мілкі резервуари води можуть вводити в оману
Це відкриття має важливі наслідки для майбутніх досліджень Європи. Якщо під поверхнею місяця виявляться мілкі кишені рідини, це необов’язково означає, що там є вода з глибокого океану Європи. Вони могли утворитися локально, через танення льоду в самій оболонці.
Це важлива різниця. Науковців цікавить Європа, бо рідка вода, хімія й енергія — це всі необхідні інгредієнти у пошуку життєпридатних середовищ поза Землею. До мілкого резервуара було б значно легше дістатися, ніж до глибокого океану. Проте якщо цей резервуар не пов’язаний з океаном, його дослідження навряд чи допоможе зрозуміти, що відбувається в найцікавішому середовищі Європи.
Ця робота виходить на тлі того, що дві великі космічні місії прямують до системи Юпітера. Місія NASA Europa Clipper стартувала в жовтні 2024 року і має прибути до Юпітера у квітні 2030-го, де вона обертатиметься навколо планети та здійснить 49 близьких прольотів біля Європи.
Місія Європейської космічної агенції Jupiter Icy Moons Explorer, відома як JUICE, стартувала у квітні 2023 року і має прибути до Юпітера в липні 2031-го.
Від місій очікують, що вони дадуть вченим набагато детальніший погляд на крижану оболонку Європи, склад її поверхні та можливу підповерхневу воду. Радіоінструмент Europa Clipper може допомогти дослідникам визначити, чи існують мілкі резервуари та як вони влаштовані.
Турбулентність води та її замерзання у тріщинах Європи
Під надзвичайно холодною поверхнею Європи глобальний океан, можливо, залишається рідким, бо потужна гравітація Юпітера постійно стискає і розтягує місяць, створюючи внутрішнє тепло, яке утримується льодовою оболонкою зверху.
Дослідження зосереджується на дайках — вузьких тріщинах або розломах, через які, теоретично, вода з океану могла б підійматися вгору через лід. Ідея дещо схожа на те, як розплавлена порода може рухатися тріщинами на Землі перед тим, як живити вулканічну активність. На крижаних світах цей процес називають кріовулканізмом, або вулканізмом, що пов’язаний із льодом і водою замість розплавленої породи.
Одним із важливих елементів фізики кріовулканізму, за словами Ойхи, є турбулентність. Попередні моделі зазвичай припускали, що вода, яка підіймається крізь крижану оболонку Європи, рухається відносно впорядковано. Однак моделювання, проведене дослідниками Ратгерського університету, свідчить, що насправді вона, ймовірно, тектиме швидко й турбулентно крізь тріщини, змішуючись з холодними стінками тріщини та швидко втрачаючи тепло у навколишньому льоду.
«Ця вода, яка підніметься, буде турбулентною, — сказав Ойха. — Вона буде рухатися вліво і вправо, вгору і вниз та матиме вихровий рух. І коли це відбуватиметься, рідка вода дуже швидко охолоне, наближаючись до поверхні».
Вода може стати переохолодженою, тобто залишатися рідиною навіть після того, як її температура опускається нижче звичайної точки замерзання. За таких умов можуть утворюватися крихітні кристали льоду, які називаються фразильним льодом, і вони збираються разом, забиваючи шлях.
Моделювання показує, що вузькі тріщини можуть замерзнути всього за кілька годин. Ширші тріщини теоретично могли б пропускати більше води, але турбулентність робить такі ситуації набагато менш імовірними. Дослідники виявили: щоб доставити достатньо води для утворення деяких поверхневих форм Європи, тріщини мали б бути нереально довгими або з’являтися у великій кількості.
Крижана оболонка — міцніший бар’єр, ніж очікувалося
Отримані результати змінюють уявлення про Європу. Якщо мілкі резервуари рідкої води справді існують, то вони, ймовірно, мають інше походження, ніж припускали багато вчених. Замість того щоб надходити безпосередньо з підповерхневого океану, ця вода може утворюватися внаслідок локального нагрівання й танення льоду всередині крижаної оболонки.
«Наша робота показує, що крижана оболонка Європи може бути міцнішим бар’єром між океаном і поверхнею, ніж раніше вважалося, — сказав Ойха. — Це допомагає майбутнім місіям інтерпретувати знайдене та краще розуміти, де шукати ознаки придатності для життя».
