Подземный океан Европы, спутника Юпитера, может быть богат кислородом

Ученые считают, что некоторые ледяные спутники во внешней части Солнечной системы, вероятно, содержат океан под своей ледяной оболочкой. Среди них - Европа, один из спутников Юпитера, под ледяной оболочкой которого находится океан соленой жидкой воды - и который сейчас считается одной из лучших надежд на обнаружение инопланетной жизни. Новое исследование предполагает, что области частичного таяния водяного льда могут питать океан кислородом, создавая условия для жизни.

Ученые уже обнаружили на Европе все параметры для развития жизни: воду, кислород и другие элементы, такие как углерод и сера. Кислород образуется в результате реакций между заряженными частицами солнечных лучей и молекулами воды на поверхности Европы: связи разрываются, водород улетучивается в космос, а более тяжелый кислород остается на поверхности. Единственной проблемой является окружающий этот спутник корка льда толщиной от 15 до 25 километров, которая служит непроходимым барьером между жидким океаном внизу и кислородом, поглощаемым на поверхности.

Как могла возникнуть жизнь в глубинах океана, если кислород не может туда попасть? Марк Хессе, профессор кафедры геологических наук Техасского университета в Остине и соавтор нового исследования, предполагает, что кислород может переноситься в океан соленой водой. Действительно, некоторые участки коры водяного льда частично растапливаются океаническими конвекционными течениями. Эти рассольные бассейны приводят к образованию "хаотических рельефов", которые способствуют переносу соленой воды в океан.

Исследование 2011 года, опубликованное в журнале Nature, уже предполагало наличие этих хаотических участков, которые формируются поверх обширных карманов жидкой воды внутри ледяного панциря, расположенного всего в трех километрах под поверхностью. Эти хаотические рельефы являются источником полос, хребтов и трещин, которые проходят по поверхности Европы и покрывают около 25% ее поверхности.

В новом исследовании ученые используют компьютерное моделирование, чтобы показать, как богатый кислородом рассол может развиваться в этих нетипичных местностях. Этот вид исследований имеет непосредственное отношение к миссии НАСА Europa Clipper, которая планирует отправить зонд для детального изучения этого спутника Юпитера в октябре 2024 года в надежде найти там жизнь; ученые пытаются рассмотреть все аспекты Европы, чтобы наилучшим образом подготовиться к будущей миссии.

Модель, разработанная исследователями, показывает, что рассол течет особым образом, в виде "пористой волны", которая постепенно движется через лед; поры льда на мгновение расширяются, позволяя рассолу пройти через них, а затем снова закрываются. Считается, что этот процесс занимает несколько тысяч лет. Около 86% кислорода, поглощенного на поверхности, может быть перенесено таким образом в океан Европы. "Наше исследование делает этот процесс возможным", — сказал Гессе.

Имеющиеся данные позволяют предположить, что в океан Европы в течение его истории таким образом мог поступать широкий диапазон уровней кислорода. По самым оптимистичным оценкам, уровень кислорода в этом океане может быть таким же, как в земных океанах! "Основываясь на распределении хаотических рельефов и возрасте поверхности Европы, мы оцениваем, что дренаж рассола может доставлять O2 в океан со скоростью от 2,0 × 106 до 1,3 × 1010 моль/год", — пишут исследователи в своей публикации. Это только укрепляет надежду найти жизнь в этом подземном океане. "Заманчиво думать, что аэробные организмы живут прямо подо льдом", — сказал Стивен Вэнс, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА и соавтор исследования.

Океан, поддерживаемый в жидком состоянии приливными силами

На Европу, как и на другие спутники Юпитера, действуют сильные приливные силы. Орбита спутника эллиптическая, что изменяет расстояние до Юпитера. По мере приближения к Юпитеру гравитационное притяжение увеличивается, что приводит к удлинению формы спутника; по мере удаления от планеты гравитационное притяжение уменьшается, в результате чего Европа принимает более сферическую форму, что создает приливы и отливы в ее океане.

Ученые еще не до конца поняли связь между хаотичным рельефом Европы и переносом кислорода, но они считают, что конвективные течения в океане, вызванные приливными силами, генерируют тепло, которое частично растапливает лед. "Предыдущие исследования показывают, что приливной нагрев повышает температуру апвеллинга в конвективной части ледяной оболочки Европы до температуры плавления чистого льда", — пишут авторы. Присутствие хлорида натрия во льду еще больше способствует таянию. Если лед под рассолом достаточно растоплен, то теоретически рассол может вытекать в океан.

Таким образом, у Европы, похоже, есть все необходимые ингредиенты для жизни: вода, кислород (и другие химические элементы) и энергия. Одной из целей миссии Europa Clipper является улучшение оценок уровня кислорода и наличия других молекул, необходимых для жизни. Для этого зонд будет нести не менее десяти научных инструментов, включая MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa (MASPEX), предназначенный для сбора, идентификации и количественной оценки спектра газов, образующихся на этом спутнике.