NASA Juno: толщина ледяного панциря Европы составляет 18 миль

Космический аппарат NASA Juno предоставил первые прямые измерения ледяной оболочки, покрывающей спутник Юпитера Европу, оценив толщину коры примерно в 18 миль (29 километров). Это важное открытие, недавно опубликованное в журнале Nature Astronomy, использует данные пролета Juno в 2022 году, чтобы разрешить давний научный спор относительно структуры спутника. Заглянув под замерзшую поверхность с помощью передовых микроволновых технологий, исследователи установили, что Europa обладает внушительной, жесткой внешней оболочкой, которая покоится на обширном подповерхностном жидком океане, что коренным образом меняет наше понимание потенциальной обитаемости спутника.

Почему толщина ледяной оболочки Европы важна для ее обитаемости?

Толщина ледяной оболочки Европы имеет решающее значение для обитаемости, поскольку она определяет эффективность транспорта питательных веществ и кислорода с поверхности в подповерхностный океан. Кора толщиной 18 миль выступает в качестве значительного термического и физического барьера, потенциально ограничивая химический обмен, необходимый для поддержания жизни. В то время как более тонкая оболочка облегчила бы взаимодействие, модель с более толстым слоем предполагает, что процессы жизнеобеспечения могут зависеть от специфических геологических каналов, таких как трещины или пористые пустоты, а не от прямого контакта с поверхностью.

Научный интерес к Europa во многом обусловлен гипотезой «толстой оболочки» против «тонкой оболочки». На протяжении десятилетий планетологи спорили, составляет ли толщина льда всего несколько миль или же это массивная тектоническая плита. Данные Juno подтверждают последний вариант, подразумевая, что внутренняя среда спутника более изолирована, чем надеялись ранее. Эта изоляция означает, что любая биологическая активность в океане будет зависеть от химической энергии, генерируемой в результате гидротермальной активности на морском дне или редкого вертикального переноса окислителей через толстый ледяной потолок.

Термическая регуляция внутри подповерхностного океана также диктуется этой ледяной крышкой. 30-километровая оболочка обеспечивает колоссальную изоляцию, удерживая внутреннее тепло, вырабатываемое гравитационным «разминанием» массивными приливными силами Юпитера. Этот приливный нагрев поддерживает воду в жидком состоянии, но огромная глубина льда усложняет теорию «конвейерной ленты», согласно которой поверхностный лед опускается и доставляет насыщенный кислородом материал в соленый раствор внизу. Понимание этой динамики является основной целью для исследователей из таких институтов, как NASA's Jet Propulsion Laboratory и Southwest Research Institute.

Что микроволновый радиометр Juno сообщает о Европе?

Данные микроволнового радиометра (MWR) аппарата Juno показывают, что ледяная оболочка Европы состоит из холодного, жесткого внешнего слоя толщиной примерно 18 миль, характеризующегося внутренними неоднородностями. Прибор обнаружил микроволновое рассеяние, соответствующее небольшим трещинам, порам или пустотам диаметром в несколько дюймов, которые уходят вглубь коры на сотни футов. Эти результаты позволяют предположить, что лед представляет собой не однородный блок, а сложную геологическую структуру, сформированную интенсивным термическим и механическим напряжением.

Прибор Microwave Radiometer (MWR) обладает уникальной способностью «видеть» сквозь твердый лед, измеряя тепловое излучение на шести различных частотах. В отличие от традиционных камер, которые фиксируют только отражения от поверхности, MWR улавливает тепло, исходящее с разной глубины льда. Анализируя эти волны разной длины, команда Juno может создать вертикальный профиль температуры и структуры льда, фактически выполняя «компьютерную томографию» небесного тела с расстояния в тысячи миль.

Ключевые выводы анализа MWR включают следующие структурные детали:

• Термический градиент: Данные указывают на резкую разницу температур между ледяной поверхностью и более теплым льдом в глубине оболочки.
• Центры рассеяния: Крошечные пустоты и трещины, вероятно, вызванные приливным нагревом, преобладают во всех верхних слоях.
• Вариации проводимости: Различия в микроволновых сигналах предполагают наличие солей или «рассольных карманов», запертых внутри ледяной матрицы.
• Жесткость коры: Измерения подтверждают, что верхний слой чрезвычайно твердый и холодный, что препятствует течению более теплого льда, находящегося ниже.

Как данные Juno повлияют на предстоящую миссию Europa Clipper?

Данные Juno о ледяной оболочке толщиной 18 миль накладывают важные ограничения для предстоящей миссии Europa Clipper, позволяя ученым усовершенствовать стратегии радарного зондирования и цели для приборов. Установив базовую глубину коры, NASA сможет лучше откалибровать прибор REASON аппарата Clipper для проникновения сквозь лед и поиска карманов с жидкой водой. Такая синергия гарантирует, что прибытие Clipper в 2030 году будет оптимизировано под конкретную геологическую реальность Europa.

Подготовка к миссии Europa Clipper включает выявление наиболее перспективных областей для исследования, таких как регионы, где лед может быть тоньше или активнее. Выводы Juno служат своего рода разведывательным отчетом, выделяя «хаотический рельеф» — области разломанного, смещенного льда, которые могут служить окнами в подповерхностный океан. Ученые теперь приоритезируют эти области для получения изображений высокого разрешения и спектроскопического анализа с целью обнаружения органических соединений или признаков извергающихся шлейфов.

Кроме того, успех миссии Juno с использованием MWR продемонстрировал ценность многоволнового зондирования в системе Юпитера. Это имеет прямые последствия для миссии JUICE Европейского космического агентства (ESA), которая также направляется для изучения спутников Юпитера. Сопоставляя микроволновые данные Juno с будущими радарными и гравитационными измерениями, мировое научное сообщество сможет построить высокоточную 3D-модель Europa, приближая нас к ответу на вопрос, может ли этот ледяной мир быть пристанищем для внеземной жизни.

Геологическая активность и эволюция хаотического рельефа

Приливный нагрев остается основным двигателем эволюции поверхности Europa и ее 18-мильной ледяной оболочки. Поскольку Europa вращается вокруг Юпитера по эллиптической орбите, огромная гравитация планеты растягивает и сжимает спутник, создавая трение и тепло внутри льда. Этот процесс ответственен за формирование «хаотического рельефа», где ледяная поверхность, по-видимому, таяла, распадалась на льдины и снова замерзала в виде нагромождения обломков. Данные Juno предполагают, что эти особенности, скорее всего, являются результатом конвекции внутри толстой ледяной оболочки, а не таяния тонкого льда.

Наблюдение потенциальных шлейфов или выбросов водяного пара также обретает новый контекст при оценке толщины коры в 18 миль. Если вода действительно прорывается на поверхность, она должна проходить через массивные разломы или выталкиваться вверх под интенсивным давлением. Исследователи сейчас ищут доказательства наличия этих каналов высокого давления в телеметрии Juno. Если шлейфы существуют, они предлагают «бесплатный образец» скрытого океана, позволяя будущим космическим аппаратам пролетать сквозь пар и анализировать его химический состав без необходимости проведения сложной миссии по бурению.

Что дальше в исследовании Европы

По мере того как миссия Juno продолжает свой продленный срок службы, ее внимание по-прежнему сосредоточено на сложной среде системы Юпитера. Данные, собранные во время пролета в 2022 году, будут изучаться в течение многих лет, обеспечивая дорожную карту для следующего поколения исследователей. Цель больше не состоит в том, чтобы просто подтвердить существование океана, а в том, чтобы охарактеризовать обитаемость этой среды. Будущие модели будут учитывать 18-мильную толщину для симуляции океанских течений, концентрации солей и потенциальной возможности выживания жизни в темных, находящихся под давлением глубинах Europa.