Микроволновые наблюдения «Юноны» раскрыли 18-мильную толщину ледяной коры Европы

Микроволновые наблюдения Juno раскрыли 18-мильную толщину ледяной коры Европы

На протяжении десятилетий планетологи спорили о природе ледяного покрова, окутывающего спутник Юпитера Европу — мир, который долгое время считался одним из самых перспективных кандидатов на наличие внеземной жизни в нашей солнечной системе. Главная тайна вращалась вокруг толщины этой оболочки: является ли она тонкой, хрупкой вуалью или массивным барьером толщиной в много миль? Новые данные миссии NASA Juno, опубликованные в журнале Nature Astronomy, наконец дали окончательный ответ. Используя микроволновый радиометр (MWR) космического аппарата, исследователи определили, что толщина ледяной коры Европы составляет в среднем около 18 миль (29 километров), что дает новое критически важное ограничение для моделей потенциальной обитаемости спутника.

Открытие было сделано после смелого близкого пролета 29 сентября 2022 года, когда работающий на солнечной энергии аппарат Juno опустился на расстояние 220 миль (360 километров) от испещренной трещинами поверхности Европы. Хотя Juno изначально проектировался для зондирования глубоких слоев атмосферы Юпитера, его набор инструментов оказался удивительно универсальным для изучения спутников планеты-гиганта. «Заглянув» под лед, MWR смог провести различие между конкурирующими гипотезами «тонкой оболочки» и «толстой оболочки», последняя из которых предполагает гораздо более внушительный барьер между замерзшей поверхностью спутника и его скрытым океаном соленой воды.

18-мильный барьер: картирование ледяной оболочки

Значение в 18 миль представляет собой среднюю толщину холодного, жесткого и теплопроводного внешнего слоя оболочки Европы. Это открытие разрешает давний научный спор, в котором оценки толщины льда варьировались от менее чем полумили до нескольких десятков миль. Стив Левин, ученый проекта Juno и соисследователь из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, отметил, что цифра в 18 миль конкретно описывает состав из чистого водяного льда. Однако внутренняя структура может быть даже сложнее, чем предполагает одно измерение.

«Если также существует внутренний, чуть более теплый конвективный слой, что вполне возможно, то общая толщина ледяной оболочки будет еще больше», — объяснил Левин. И наоборот, наличие растворенных солей во льду — вероятность, предполагаемая несколькими геологическими моделями — может изменить оценку. По словам Левина, умеренная соленость уменьшила бы расчетную толщину примерно на три мили. Независимо от этих незначительных колебаний, данные твердо относят Европу к категории миров с «толстой оболочкой», и это понимание имеет важные последствия для того, как энергия и материя перемещаются внутри спутника.

Как микроволновый радиометр видит сквозь лед

Методология, использованная командой Juno, представляет собой значительный скачок в планетной разведке. Микроволновый радиометр уникально приспособлен для обнаружения теплового излучения, исходящего из подповерхностных слоев спутника. В отличие от оптических камер, которые видят только поверхность, микроволны могут проникать сквозь твердый лед, при этом волны разной длины достигают разной глубины. Анализируя эти сигналы, команда смогла создать тепловой профиль коры, различая твердый лед и более теплые, богатые жидкостью среды, которые могут находиться глубже.

Работа в условиях высокой радиации системы Юпитера сопряжена с огромными техническими трудностями. MWR должен был отфильтровывать интенсивные фоновые шумы, одновременно собирая данные почти на половине поверхности Европы во время короткого окна пролета. Этот процесс позволил команде не только измерить глубину, но и идентифицировать «рассеиватели» внутри льда. Эти рассеиватели представляют собой небольшие неоднородности — трещины, поры и пустоты — диаметром всего в несколько дюймов. Данные показывают, что эти структуры простираются на несколько сотен футов под поверхностью, обеспечивая детальный взгляд на «верхнюю кору» этого инопланетного мира.

Значение для обитаемости и переноса питательных веществ

Подтверждение наличия толстой ледяной оболочки меняет взгляд на обитаемость Европы. Чтобы жизнь могла существовать в подповерхностном океане, должен быть механизм транспортировки кислорода и органических питательных веществ с поверхности (где они образуются под воздействием радиации) вниз в воду. Барьер толщиной 18 миль означает гораздо более долгий и трудный путь для этих важнейших строительных блоков жизни. Если бы лед был тонким, поверхностные материалы могли бы легко попадать в океан за счет приливных деформаций или небольших трещин.

При более толстой оболочке транспорт питательных веществ, вероятно, зависит от более медленных крупномасштабных геологических процессов, таких как конвекция или массивные тектонические сдвиги. Данные MWR относительно малой глубины трещин и пор свидетельствуют о том, что эти особенности вряд ли служат прямыми «магистралями» к океану. Вместо этого обитаемость спутника может зависеть от тепловой энергии, вырабатываемой приливным нагревом — постоянным сжатием и растяжением Европы колоссальной гравитацией Юпитера, — который поддерживает жидкое состояние океана и, потенциально, движет ледяную оболочку на протяжении миллионов лет.

Путь к Europa Clipper

Результаты Juno служат жизненно важной разведкой для следующего этапа исследования системы Юпитера. Предстоящая миссия NASA Europa Clipper, специально разработанная для изучения потенциала спутника для поддержания жизни, будет нести сложный радар для зондирования льда. Базовые показатели, установленные микроволновым радиометром Juno, помогут команде Clipper усовершенствовать свои приборы и нацелиться на конкретные интересующие области, где лед может быть тоньше или геологически активнее.

«Толщина ледяной оболочки и наличие в ней трещин или пор являются частями сложной головоломки для понимания потенциальной обитаемости Европы», — сказал Скотт Болтон, главный исследователь Juno из Юго-Западного исследовательского института (SwRI). Предоставив первые прямые измерения глубины оболочки, Juno перевел Европу из разряда миров теоретических моделей в мир измеримых физических параметров. Взглянув на будущие миссии, можно сказать, что 18-мильный барьер является свидетельством масштаба задачи — и потенциальной награды — в поиске жизни в темных и холодных уголках внешней Солнечной системы.

Будущие направления в исследовании ледяных миров

Пока ученые продолжают обрабатывать богатый массив данных, полученных во время пролета 2022 года, внимание смещается на региональные вариации ледяной оболочки. Хотя среднее значение в 18 миль теперь является стандартным показателем, исследователи стремятся определить, является ли оболочка значительно тоньше на полюсах спутника или в областях «хаотичного рельефа», где поверхность, по-видимому, таяла и замерзала снова. Такие вариации могли бы стать «окнами», необходимыми для будущих посадочных модулей, чтобы в конечном итоге исследовать воды внизу.

Успех MWR на Европе также открывает новые возможности для изучения других ледяных спутников, таких как Ганимед и Каллисто. Методика микроволновой радиометрии зарекомендовала себя как надежный инструмент для заглядывания внутрь планет, фактически превращая космический аппарат в устройство дистанционного «рентгеновского» зондирования. С этим новым пониманием коры Европы путь к поиску жизни в нашей солнечной системе стал более ясным, хотя и пролегает теперь на большей глубине.