Есть ли жизнь на Европе? Узнаем через несколько лет [Veritasium]

У книги «2001. Космическая Одиссея» есть продолжение «2010. Одиссея 2». Концы романа внеземной разум превращает Юпитер в звезду. Команде космонавтов едва удается не погибнуть при этом. И тогда они получают сообщение «Все эти миры ваши, кроме Европы. Не пытайтесь высадиться на нее». Книга вышла в 1982-м, и уже тогда мы подозревали, что искать инопланетную жизнь в нашей системе лучше всего именно на этом спутнике Юпитера. 42 года спустя, в октябре 2024-го, НАСА запустила самую передовую миссию для поиска признаков жизни за пределами Земли. И отправляется она к Европе. Есть, правда, один нюанс. Юпитер убивает все, что его окружает. Откуда там взяться жизнь? И как создать аппарат, способный переносить настолько суровые условия? Считается, что из-за невероятно высокого давления внутри Юпитера газовый гигант содержит огромное количество так называемого металлического водорода, который генерирует невероятно мощное магнитное поле, почти в 20 тысяч раз сильнее, чем земное, если измерять на одинаковом расстоянии от планеты. Если бы это магнитное поле было видно с нашей планеты, оно казалось бы в два раза больше полной Луны. Само по себе поле безопасно. Но под его действие попадает самый вулканический активный объект нашей системы — спутник Юпитера Ио. Вулканы на его поверхности в огромном количестве выбрасывают диоксид серы. И каждую секунду в магнитном поле застревает тонна ионизированных молекул этого вещества. Под действием поля частицы разгоняются и невероятно быстро вращаются вместе с Юпитером. Их скорость составляет больше трехсот километров в секунду. Они взаимодействуют с полем, растягивая его еще шире, врезаются в другие спутники и выбивают все больше частиц из их поверхности. Из-за всего этого создаются мощные радиационные пояса, которые простираются дальше Европы и других спутников Юпитера. Для электроники сильная радиация — это криптонит. В 1970-х Бионер 10 и Войджеры всего лишь пролетели мимо Юпитера. Но из-за радиации аппаратура начала сбоить, инструменты получали неверные команды, а часть данных повредилась. Даже современный, хорошо защищенный космический аппарат проживет внутри радиационного пояса всего около трех месяцев. Как же тогда новый зонд Европы Клиппер должен проработать на орбите Европы больше четырех лет? Вообще-то этого никто и не ожидает. Аппарат будет летать вокруг Юпитера на значительном расстоянии, а раз в несколько недель ненадолго сворачивать и пролетать рядом с его спутником. А поскольку данных он будет собирать много, перерывы в наблюдениях пойдут на то, чтобы передавать их на Землю перед очередным заходом. Всего Клиппер пролетит рядом с Европой сорок девять раз и раскортирует почти всю ее поверхность. Отсюда, кстати, его название в честь быстрых и ярких кораблей, которые могли ловко заходить и выходить из портов. Но почему из всей солнечной системы искать жизнь решили именно на Европе? Если бы мы оказались на поверхности этого спутника за один день, там бы мы получили 5400 миллизиверта радиации. 1800 раз больше, чем за целый год на Земле. Всего за пару часов здесь человек умер бы от лучевой болезни. Но у Европы есть секрет. В 1979 Войджер, пролетая мимо, сделал вот этот снимок. Если сравнить его с изображениями большинства других спутников, то мы заметим, что на ней чего-то не хватает. Кратеров. Во все планеты и спутники миллиарды лет врезались астероиды. Следы этого часто заметны на поверхности. А на Европе нет. Но почему? Возможно, в последнее время — это примерно 60 миллионов лет — там происходит нечто такое, от чего кратеры исчезают. Через 16 лет после Войджера к Юпитеру прилетел Галилео. Восемь лет он изучал газовый гигант и его спутники. Магнитометр Галилео засек на Европе кое-что занятное. Магнитные полюса Юпитера, как и у Земли, не совпадают с географическими полюсами. Пока планета совершает полный оборот — у Юпитера это 10 часов — его магнитное поле колеблется и индуцирует магнитное поле Европы. И оно, надо сказать, довольно сильное. Но для этого у спутника должен быть электропроводящий слой, который бы взаимодействовал с полем Юпитера. Данные, полученные Галилео, указывают на то, что этот слой близко к поверхности, на глубине десятков километров. Но что это за слой? Поверхность Европы почти вся покрыта толстым водяным льдом. Красно-коричневые области, если изучить их спектрометром, выдают неоднозначный сигнал. Это могут быть гидротированные соли, серная кислота и даже бактерии. Чтобы сказать точнее, нужно больше данных. Недавние эксперименты лаборатории реактивного движения показали, что белая морская соль под интенсивным излучением окрашивается в коричневато-красный цвет, как на Европе. Учёные предполагают, что под поверхностью спутника плещется целый солёный океан, глубиной может быть километров в сто. Если их догадки верны, то воды там в два раза больше, чем на Земле. И эта вода, должно быть, отвечает за геологическую активность, из-за которой поверхность разглаживается и обновляется. Однако Юпитеру и его спутникам достаются лишь 4% от солнечного света, который получает Земля. Поэтому температура на поверхности Европы не поднимается выше минус 160 градусов по Цельсию. Стоит ли ожидать, что на самом дне весь океан — это лёд? Существуют способы нагрева, для которых Солнце Европе не понадобится. Я кое-что приготовил, чтобы наглядно показать. Орбита Европы — это не идеальный круг. Потому что Ио, Европа и Ганимед — все находятся в орбитальном резонансе. За одно и то же время Ганимед завершает один круг, Европа проходит два, а Ио — четыре. Поэтому с одной стороны от Юпитера Ио подтягивает её ближе к гиганту, а с другой Ганимед как бы оттягивает подальше, и её орбита искривляется. Юпитер сильнее притягивает к себе Европу там, где она ближе к нему и слабее там, где дальше, из-за чего её постоянно то растягивает, то сжимает. Растягивает-сжимает. Если прижимать и отпускать резиновый мячик, заметно как он нагревается. Учёные считают, что трение, которое возникает под действием приливных деформаций, может нагреть спутник настолько, что океан не замёрзнет. Чем ближе к Юпитеру, тем значительнее этот эффект. Поэтому на Ио очень активны вулканы. Как видите, этот мячик гораздо теплее. На втором были мои пальцы. Так я отследил, что дело не в тепле от моих рук. Какой температуры может быть океан примерно? Всё зависит от содержания соли. Примерно температура таяния льда может градусов на 10 ниже по Цельсию, если океан очень солёный. Примерно такая же, как у холодных океанов на Земле. А чем будет отличаться эффект сжатия и растяжения, если сравнивать спутник с океаном и без? Если воды нет, то диаметр должен меняться с амплитудой всего около метра. Но если океан есть, то до целых 30 метров. Это очень большая деформация. Такая разница будет заметна по данным о гравитации. Ещё один аргумент в пользу жидкой воды подо льдом — это заметные на поверхности странные узоры дугообразной формы. Они похожи на ряды соединённых арок. Мы это называем циклоидами. На полностью ледяном спутнике им взяться неоткуда. Мы считаем, что они формируются, когда трещина образуется и растёт примерно со скоростью человеческого шага. По точкам напряжения, которые образуются в процессе деформации Европы при вращении вокруг Юпитера. Если бы там не было, океан амплитуды была бы слишком мала, чтобы объяснить появление этих трещин. Но если там есть океан, то всё сходится. Сжатие и растяжение выталкивает магму наверх, ко дну. Вода вокруг этих мест нагревается, извлекает из коры минералы и разносит по океану. Так появляются гидротермальные гейзеры. На Земле возле этих гейзеров находят жизнь. На глубине километров, куда не достаёт солнечный свет, они становятся оазисами для живых организмов, питающихся уникальными бактериями, которые в свою очередь получают всё необходимое из гейзеров и не полагаются на энергию от Солнца. А сколько существует этот океан на Европе? Возможно, 4 миллиарда лет. Точно мы не знаем. Кажется, за такой срок там вполне могла появиться жизнь. Именно так. Живые организмы могут полагаться на метан, углекислый газ, реакции соединения эмиссеры. Любая химическая реакция в океане потенциально может послужить топливом для метаболизма живых существ. Конечно, мы не ожидаем найти рыб, китов или кальмаров. Но поищем одноклеточные организмы. Человечество настолько заботило мысль о живых организмах на Европе, что в 2003-м, когда подходила к концу миссия «Галилео», аппарат столкнули с Юпитером, только бы не занести ничего лишнего на его спутник. Клиппер не сможет пробурить ледяную корку толщиной в километры. Так как же искать признаки жизни под многокилометровой толщей льда? Это Снотбот, дрон, к верхушке которого прикреплены чашки Петри. Он летает прямо сквозь фонтаны брызг, которые выпускают киты и собирает их сопли. С помощью этого дрона биологи получают ценнейшие сведения. Оказывается, с небесными телами можно проделать нечто похожее. У нас есть записи того, как извергаются гейзеры на Энцеладе. Это спутник Сатурна, под поверхностью которого тоже есть океан. Судя по наблюдениям Хаббла, можно предполагать, что и на Европе происходит нечто подобное. Исследователи надеются, что Клиппер сумеет в нужный момент пролететь над гейзером, как Снотбот над китом, и изучить состав выброса с помощью масс-спектрометра. Однако наличие океана на Европе пока не доказано. Про Энцелад говорят с большей уверенностью. У нас есть хотя бы съемки активности гейзеров, и аппарат сквозь них пролетал. Мы почти стопроцентно знаем, что под его поверхностью есть океан. Учитывая, что и на Энцеладе есть гейзеры и очевидно, что там может быть жидкий океан, почему Европа заслужила гораздо больше внимания, чем он? Есть какие-то особенные причины? Мы не знаем, сколько времени уходит на то, чтобы где-то появилась жизнь. А вполне возможно, что на Энцеладе все только на начальных этапах. На Европе же есть шанс, что все эти процессы идут уже достаточно давно. Что удивительно, Европа более подходящий кандидат как раз благодаря тому, что она подвергается радиоактивному излучению. Быстрые частицы, которые врезаются в ее поверхность, дают молекулам воды и углекислого газа энергию, которой достаточно для формирования новых соединений, например, формальдегида или перекиси водорода. Они могли бы послужить пищей для жизни под ледяной коркой. Главное — попасть туда. У нас есть данные, свидетельствующие о том, что ледяные пласты иногда находят друг на друга, и образовавшиеся на поверхности вещества могут оказаться внутри льда. Таким образом, то, что могло бы послужить пищей для жизни, вполне может оказаться во льду и затем попасть в океан. Клиперу не обязательно садиться на поверхность, чтобы это подтвердить. Инфракрасным спектрометром вполне можно оценить следы химических веществ, потому как свет отражается от поверхности. По этим данным будет видно, как распределены соли, есть ли там органика. Для поиска гейзеров на аппарате установлен ультрафиолетовый спектрограф. Он выяснит, есть ли они вообще и, конечно, можно ли сквозь них летать. Еще будет проводиться картирование практически всей поверхности с разрешением выше 100 метров на пиксель. Одна камера будет постоянно делать снимки во время каждого пролета над поверхностью. Это широкоугольная камера. А вторая, узкоугольная, будет фотографировать с высоты 50 километров с разрешением полметра на пиксель. При таком разрешении мы бы увидели мой стол, если бы он стоял на Европе. Спускаемый аппарат, который будет искать непосредственные признаки жизни — это дело будущих миссий. Думаете, возможно собрать такой аппарат, который это выдержит? Некоторые исследования показывают, что реально сделать аппарат, который продержится месяц. Если подумать, за это время можно успеть прилететь, набрать материал из глубины, до которой радиация уже не доходит, сложить его в масс-спектрометр и посмотреть, что это. Клиппер отправляется к спутникам Юпитера не в одиночестве. Аппарат JUS Европейского космического агентства, миссия по изучению ледяных спутников Юпитера, уже летит к газовому гиганту и доберется до него всего на 15 месяцев позже Клиппера. JUS несколько раз пролетит рядом с Европой и только потом выйдет на орбиту вокруг Ганимеда. А миссия JUS будет проходить параллельно? Да, мы общаемся с научным коллективом агентства, который занят на этой миссии. Что нам дадут два аппарата одновременно почти в одном месте? Задача JUS-а – выйти на орбиту вокруг Ганимеда, у которого есть собственная магнитосфера. Наш аппарат будет вне ее. Если со стороны Юпитера пойдет мощная вспышка, мы сможем предупредить коллег и узнать, засекут они ее или нет. В общем, ничего особенно не меняется, но мы сможем друг с другом говорить и постараться сделать так, чтобы сумма наших усилий оказалась больше слагаемых. Клиппер планировали запустить 10 октября, но НАСА пришлось ждать, пока ураган Милтон отойдет от Флориды, чтобы ничего не мешало ракете-носителю. Когда ждать первых новостей? О наблюдениях издалека мы начнем узнавать в 2030 году, когда аппарат приступит к поиску выбросов из гейзеров. Первые снимки в большом разрешении появятся в 2031. Теперь спустя, получается, 26 лет надежд отправить аппарат к Европе. Что чувствуете, когда его вот-вот запустят? Честно сказать, почти не верится. Ждать пришлось невероятно долго. До меня потихоньку доходит мысль, что наш аппарат уже совсем скоро окажется в небесах и полетит к своей цели. Оказывается, в конце 90-х на конференции, посвященной вопросу об океане на Европе, НАСА организовало видеозвонок с Артуром Кларком. Когда ученые показали ему планы будущей миссии по изучению этого далекого океана, писатель-фантаст разрешил посадку на Европу.